JP7484997B1 - Method, device and program for predicting shape change of press-molded product, and method for manufacturing press-molded product - Google Patents
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Abstract
【課題】スプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化を予測するプレス成形品の形状変化予測方法、装置及びプログラムと、時間経過に伴って変化したプレス成形品の形状が所定の範囲内となるように製造するプレス成形品の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、成形下死点におけるプレス成形品の応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ１）と、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ３）と、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、これをスプリングバックした直後のプレス成形品の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定するステップ（Ｓ５）と、応力緩和後の残留応力を設定したプレス成形品について力のモーメントが釣り合う形状を求めるステップ（Ｓ７）と、を含むことを特徴とするものである。【選択図】 図１[Problem] To provide a method, device, and program for predicting shape change over time of a press-formed product after springback, and a method for manufacturing a press-formed product such that the shape of the press-formed product changed over time falls within a predetermined range. [Solution] The method for predicting shape change of a press-formed product according to the present invention is characterized by including a step (S1) of acquiring the stress and strain of the press-formed product at the bottom dead center of forming, a step (S3) of acquiring the residual stress and strain of the press-formed product immediately after springback, a step (S5) of acquiring a stress relaxation amount reflecting the stress-strain change history before and after springback, adding this to the value of the residual stress of the press-formed product immediately after springback, and setting the residual stress after stress relaxation, and a step (S7) of determining a shape in which the moment of force is balanced for the press-formed product for which the residual stress after stress relaxation has been set. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化を予測するプレス成形品の形状変化予測方法、装置及びプログラムに関する。
さらに、本発明は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後に時間経過に伴って変化したプレス成形品の形状が所定の範囲内となるように製造するプレス成形品の製造方法に関する。
The present invention relates to a method, an apparatus, and a program for predicting a change in shape of a press-formed product over time after the press-formed product undergoes springback at the moment of release from a die.
Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a press-molded product in which the shape of the press-molded product that changes over time after springing back at the moment of release from a mold is within a predetermined range.
プレス成形は金属部品を低コストかつ短時間に製造することができる製造方法であり、多くの自動車部品の製造に用いられている。近年では、自動車の衝突安全性と車体の軽量化を両立するため、より高強度な金属板が自動車部品に利用されるようになっている。
高強度な金属板をプレス成形する場合の主な課題の一つにスプリングバックによる寸法精度の低下がある。プレス成形により金属板を変形させる際にプレス成形品に発生した残留応力が駆動力となり、金型から離型したプレス成形品がプレス成形前の金属板の形状にバネのように瞬間的に戻ろうとする現象をスプリングバックと呼ぶ。
プレス成形時に発生する残留応力は高強度な金属板（例えば、高張力鋼板）ほど大きくなるため、スプリングバックによる形状変化も大きくなる。したがって高強度な金属板ほどスプリングバック後の形状を規定の寸法内におさめることが難しくなる。そこでスプリングバックによるプレス成形品の形状変化を精度良く予測する技術が重要となる。
Press forming is a manufacturing method that can produce metal parts at low cost and in a short time, and is used to manufacture many automobile parts. In recent years, in order to achieve both collision safety and lightweight car bodies, higher strength metal sheets have been used for automobile parts.
One of the main issues when press-forming high-strength metal sheets is the reduction in dimensional accuracy due to springback. When a metal sheet is deformed by press-forming, residual stress occurs in the press-formed product, which acts as a driving force to cause the press-formed product to instantly return to the shape of the metal sheet before press-forming, like a spring, when released from the die. This phenomenon is called springback.
The higher the strength of the metal plate (e.g., high-tensile steel plate) is, the greater the residual stress that occurs during press forming, and the greater the shape change due to springback. Therefore, the higher the strength of the metal plate, the more difficult it is to keep the shape after springback within the specified dimensions. Therefore, technology that can accurately predict the shape change of press-formed products due to springback is important.
スプリングバックによる形状変化の予測には、有限要素法によるプレス成形シミュレーションの利用が一般的である。当該プレス成形シミュレーションにおける手順は、２つの段階に分けられる。まず、第１段階では、金属板を成形下死点までプレス成形する過程のプレス成形解析を行い、成形下死点でのプレス成形品の残留応力を予測する（例えば特許文献１）。続く第２段階では、金型から離型した（取り出した）プレス成形品がスプリングバックにより形状が変化する過程のスプリングバック解析を行い、離型したプレス成形品における力のモーメントと残留応力との釣り合いがとれる形状を予測する。 Press forming simulation using the finite element method is commonly used to predict shape changes due to springback. The procedure for this press forming simulation is divided into two stages. In the first stage, a press forming analysis is performed of the process of press forming a metal plate up to the bottom dead point of forming, and the residual stress of the press formed product at the bottom dead point of forming is predicted (for example, Patent Document 1). In the second stage, a springback analysis is performed of the process in which the shape of the press formed product released (removed) from the die changes due to springback, and a shape is predicted that balances the force moment and residual stress in the released press formed product.
これまでに、第１段階のプレス成形解析と第２段階のスプリングバック解析とを統合したプレス成形シミュレーションを行うことにより、金型から離型してスプリングバックしたプレス成形品の形状が予測されてきた。しかしながら、プレス成形シミュレーションにより予測されたプレス成形品の形状と実際にプレス成形されたプレス成形品の形状とを比較した際、プレス成形シミュレーションによる形状予測精度が低くなるプレス成形品がある。 Until now, the shape of a press-formed product that has been released from a die and has springback has been predicted by performing a press-formed simulation that combines a first-stage press-formed analysis and a second-stage springback analysis. However, when comparing the shape of a press-formed product predicted by the press-formed simulation with the shape of a press-formed product that has actually been press-formed, there are some press-formed products for which the accuracy of the shape prediction by the press-formed simulation is low.
形状予測精度が低くなるプレス成形品の一例として、図２に示すような、パンチ１３とダイス１５と備えた金型１１を用いて金属板２１をプレス成形（曲げ成形）して曲げ部３３を形成した板材プレス曲げ成形品３１が挙げられる。板材プレス曲げ成形品３１は、金型１１から離型してスプリングバックした直後と数日経過した後とでは、曲げ部３３の変形に起因して形状が異なる。 One example of a press-formed product with low shape prediction accuracy is a press-formed sheet metal product 31, as shown in FIG. 2, which is formed by press-forming (bending) a metal sheet 21 using a die 11 equipped with a punch 13 and a die 15 to form a bent portion 33. The shape of the press-formed sheet metal product 31 differs due to deformation of the bent portion 33 immediately after it is released from the die 11 and springs back compared to several days later.
このような板材プレス曲げ成形品３１の時間単位の経過に伴う形状変化は、クリープ現象のように外部から高い荷重を受け続ける構造部材が徐々に変形する現象（例えば、特許文献３）と類似しているように思われる。しかしながら、上記の板材プレス曲げ成形品３１のように、スプリングバックした後の時間経過に伴ってプレス成形品に起こる形状変化は外部から荷重を受けずに生じる現象であり、クリープ現象による形状変化を取り扱う解析手法を適用することはできない。 Such shape changes over time in the press-bent plate product 31 appear to be similar to the creep phenomenon, in which a structural member that continues to receive a high external load gradually deforms (e.g., Patent Document 3). However, as with the press-bent plate product 31, the shape changes that occur in a press-formed product over time after springback are a phenomenon that occurs without receiving an external load, and analytical methods that deal with shape changes due to creep cannot be applied.
そこで、例えば特許文献４には、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間単位の経過による形状変化を予測する方法が開示されている。当該方法においては、まず、プレス成形品のスプリングバック解析により、スプリングバックした直後のプレス成形品の形状及び残留応力を求める。そして、求めた残留応力よりも所定の割合で緩和し減少させた残留応力の値をスプリングバック直後のプレス成形品に設定し、力のモーメントが釣り合う形状を求めることにより、スプリングバックした後の時間経過による形状変化を予測できるとされている。 For example, Patent Document 4 discloses a method for predicting the change in shape over time of a press-formed product after springing back at the moment it is released from the die. In this method, first, a springback analysis of the press-formed product is performed to determine the shape and residual stress of the press-formed product immediately after springing back. Then, a residual stress value that is relaxed and reduced by a predetermined percentage from the determined residual stress is set for the press-formed product immediately after springing back, and a shape in which the force moment is balanced is determined, making it possible to predict the change in shape over time after springing back.
特許文献４に開示された方法は、金属板にひずみを付与してひずみを一定のまま保持した場合に時間の経過とともに応力が徐々に減少する応力緩和現象に着目したものであった。そして、スプリングバックした後のプレス成形品においても同様に、プレス成形品の残留応力が時間の経過とともに緩和されて減少するとの推定メカニズムに基づくものであった。 The method disclosed in Patent Document 4 focuses on the stress relaxation phenomenon, in which stress gradually decreases over time when a metal plate is strained and the strain is kept constant. The method is based on the presumed mechanism that the residual stress in a press-formed product is similarly relaxed and reduced over time in the press-formed product after springback.
しかしながら、特許文献４に開示された方法においては、実際のプレス成形品のスプリングバックした後の形状変化と合うように、プレス成形品ごとにスプリングバック直後の残留応力を緩和減少させる割合を適宜調整する必要があった。そのため、実際のプレス成形品の形状変化と合うように残留応力を緩和減少させる割合を適宜調整せずに、スプリングバックした後のプレス成形品の形状変化を精度良く予測することが望まれていた。 However, in the method disclosed in Patent Document 4, it was necessary to appropriately adjust the rate at which the residual stress is relaxed and reduced immediately after springback for each press-formed product so that it matched the shape change of the actual press-formed product after springback. Therefore, it was desired to accurately predict the shape change of a press-formed product after springback without appropriately adjusting the rate at which the residual stress is relaxed and reduced so that it matched the shape change of the actual press-formed product.
さらに、プレス成形品ごとにスプリングバック直後の残留応力を緩和減少させる割合が異なるために、スプリングバックした後の時間経過に伴う形状変化後の寸法精度が高くなるようにプレス成形品を製造することが困難であった。 Furthermore, because the rate at which residual stress is relaxed and reduced immediately after springback differs for each press-formed product, it was difficult to manufacture press-formed products with high dimensional accuracy after the shape changes over time after springback.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、スプリングバックした後のプレス成形品における時間経過に伴う形状変化を精度良く予測することができるプレス成形品の形状変化予測方法、装置及びプログラムを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、スプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う応力緩和による形状変化の予測に基づいて、寸法精度が良好なプレス成形品を製造することができるプレス成形品の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a method, an apparatus, and a program for predicting shape change in a press-formed product that can accurately predict shape change over time in a press-formed product after springback.
Furthermore, the present invention aims to provide a method for manufacturing press-formed products that can produce press-formed products with good dimensional accuracy based on prediction of shape changes due to stress relaxation over time of the press-formed product after springback.
（１）本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測するものであって、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得ステップと、
前記金型から離型した前記プレス成形品がスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップと、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量をスプリングバックした直後の前記プレス成形品における前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定ステップと、
前記応力緩和後の残留応力を設定した前記プレス成形品について力のモーメントが釣り合う形状を力学的計算により求める応力緩和後の形状解析ステップと、を含むことを特徴とするものである。
(1) The method for predicting a shape change of a press-formed product according to the present invention predicts a shape change due to stress relaxation over time of a press-formed product after springback at the moment of release from a die,
A forming bottom dead point stress and strain acquisition step of performing a mechanical calculation of a process of press-forming a metal plate into the press-formed product using the die, and acquiring stress and strain of the press-formed product at the forming bottom dead point;
A residual stress and strain acquisition step immediately after springback, which performs a mechanical calculation of the process of springback of the press-formed product released from the die, and acquires the residual stress and strain of the press-formed product immediately after springback;
A residual stress setting step of acquiring a stress relaxation amount reflecting a stress-strain change history before and after springback for all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, adding the acquired stress relaxation amount to the residual stress value of all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, and setting the residual stress after stress relaxation;
and a post-stress relaxation shape analysis step for determining, by mechanical calculation, a shape in which the force moment is balanced for the press-molded product in which the residual stress after the stress relaxation has been set.
（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験又は圧縮除荷引張後保持試験のうち１つもしくは複数を組み合わせて、前記プレス成形品がスプリングバックする過程における該プレス成形品の全て又は一部の部位における応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験を行い、該応力緩和試験における前記金属板の応力緩和による応力変化を測定し、該測定した応力変化に基づいて該プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量を取得する、ことを特徴とするものである。
(2) In the above (1),
In the step of setting the residual stress after the stress relaxation,
A stress relaxation test is performed to reproduce the stress-strain change history in all or some parts of the press-formed product during the springback process of the press-formed product by performing one or a combination of a post-tensile hold test, a post-tensile unloading hold test, a post-tensile compression hold test, a post-compression hold test, a compression unloading hold test, or a post-compression unloading tensile hold test of the metal plate, measuring a stress change due to stress relaxation of the metal plate in the stress relaxation test, and obtaining the stress relaxation amount in all or some parts of the press-formed product based on the measured stress change.
（３）上記（１）に記載のものにおいて、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記プレス成形品の全て又は一部の部位について、成形下死点におけるスプリングバック前の応力σpとスプリングバック直後の応力σqとの差Δσsb＝σp－σqを応力変化量として算出し、該算出した応力変化量Δσsbに予め定めた所定の値aを乗じて得られた値を前記プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量として取得する、ことを特徴とするものである。
(3) In the above (1),
In the step of setting the residual stress after the stress relaxation,
The present invention is characterized in that, for all or some of the portions of the press-formed product, the difference Δσsb = σp - σq between the stress before springback at the bottom dead center of forming and the stress σq immediately after springback is calculated as the amount of stress change, and the calculated amount of stress change Δσsb is multiplied by a predetermined value a to obtain the value as the amount of stress relaxation in all or some of the portions of the press-formed product.
（４）上記（３）に記載のものにおいて、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮除荷引張後保持試験のうち、１つもしくは複数を組み合わせた応力緩和試験を行い、前記金属板を保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1と、前記金属板の保持過程における応力緩和による応力変化量Δσ2と、を測定し、Δσ1とΔσ2との比Δσ2／Δσ1を前記所定の値aとすることを特徴とするものである。
(4) In the above (3),
In the step of setting the residual stress after the stress relaxation,
The method is characterized in that a stress relaxation test is performed by performing one or a combination of a post-tensile holding test, a post-compression holding test, a post-compression holding test, a post-tensile-unloading compression holding test, and a post-compression-unloading tensile holding test of the metal plate, measuring a stress change Δσ1 during the tensile or compression process immediately before holding the metal plate, and a stress change Δσ2 due to stress relaxation during the holding process of the metal plate, and setting the ratio Δσ2/Δσ1 of Δσ1 to Δσ2 to the specified value a.
（５）上記（３）に記載のものにおいて、
前記金属板を鋼板とし、
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、前記所定の値aを0.01以上0.04以下の範囲内で設定とすることを特徴とするものである。
(5) In the above (3),
The metal plate is a steel plate,
In the step of setting the residual stress after the stress relaxation, the predetermined value a is set within a range of 0.01 to 0.04.
（６）本発明に係るプレス成形品の形状変化予測装置は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測するものであって、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量をスプリングバックした直後の前記プレス成形品における前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
該応力緩和後の残留応力を設定した前記プレス成形品について、力のモーメントが釣り合う形状を求める力学的計算を行う応力緩和後の形状解析部と、を備えることを特徴とするものである。
(6) The shape change prediction device of the present invention predicts a shape change due to stress relaxation over time of a press-formed product after springback at the moment of release from a die,
a forming bottom dead point stress and strain acquisition unit that performs mechanical calculations of a process of press-forming a metal plate into the press-formed product using the die and acquires stress and strain of the press-formed product at the forming bottom dead point;
A residual stress and strain acquisition unit immediately after springback that performs a mechanical calculation of a process of releasing the press-formed product from the die and springing back, and acquires the residual stress and strain of the press-formed product immediately after springback;
A residual stress setting unit after stress relaxation acquires a stress relaxation amount reflecting a stress-strain change history before and after springback for all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, adds the acquired stress relaxation amount to the residual stress value of all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, and sets the residual stress after stress relaxation;
and a post-stress relaxation shape analysis unit that performs mechanical calculations to determine a shape in which the force moment is balanced for the press-molded product in which the residual stress after stress relaxation has been set.
（７）本発明に係るプレス成形品の形状変化予測プログラムは、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測するものであって、
コンピュータを、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量をスプリングバックした直後の前記プレス成形品における全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
前記応力緩和後の残留応力を設定した前記プレス成形品について力のモーメントが釣り合う形状を力学的計算により求める応力緩和後の形状解析部と、して実行させる機能を備えることを特徴とするものである。
(7) The shape change prediction program of the press-molded product according to the present invention predicts a shape change due to stress relaxation over time of a press-molded product after springback at the moment of release from a die,
Computer,
a forming bottom dead point stress and strain acquisition unit that performs mechanical calculations of a process of press-forming a metal plate into the press-formed product using the die and acquires stress and strain of the press-formed product at the forming bottom dead point;
A residual stress and strain acquisition unit immediately after springback that performs a mechanical calculation of a process of releasing the press-formed product from the die and springing back, and acquires the residual stress and strain of the press-formed product immediately after springback;
A residual stress setting unit after stress relaxation acquires a stress relaxation amount reflecting a stress-strain change history before and after springback for all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, adds the acquired stress relaxation amount to the residual stress value of all or a part of each part in the press-formed product immediately after springback, and sets the residual stress after stress relaxation;
The present invention is characterized by having a function of executing a shape analysis unit after stress relaxation that determines, by mechanical calculation, a shape in which the force moment is balanced for the press-molded product in which the residual stress after the stress relaxation has been set.
（８）本発明に係るプレス成形品の製造方法は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後の時間経過に伴う応力緩和により変化するプレス成形品の形状が所定の範囲内となるように前記プレス成形品を製造するものであって、
前記プレス成形品の仮のプレス成形条件を設定する仮プレス成形条件設定ステップと、
該仮のプレス成形条件に基づいて、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のプレス成形品の形状変化予測方法により、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品について、時間経過に伴う応力緩和により変化した応力緩和後の形状を求める応力緩和後形状取得ステップと、
該取得した応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲内であるかどうかを判定する形状判定ステップと、
該形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内ではないと判定された場合、前記仮のプレス成形条件を変更する仮プレス成形条件変更ステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定されるまで、前記仮プレス成形条件変更ステップと、前記応力緩和後形状取得ステップと、前記形状判定ステップと、を繰り返し実行する繰り返しステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定された場合、その場合の前記仮のプレス成形条件を前記プレス成形品のプレス成形条件として決定するプレス成形条件決定ステップと、
該決定したプレス成形条件で前記金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形ステップと、を含むことを特徴とするものである。
(8) A method for manufacturing a press-molded product according to the present invention is for manufacturing the press-molded product so that the shape of the press-molded product that changes due to stress relaxation over time after springback at the moment of release from a mold is within a predetermined range,
A temporary press molding condition setting step of setting temporary press molding conditions for the press-molded product;
A post-stress-relaxation shape acquisition step of determining a post-stress-relaxation shape that has changed due to stress relaxation over time for the press-molded product after springback at the moment of release from the die by the shape change prediction method for the press-molded product described in any one of (1) to (5) above based on the provisional press molding conditions;
a shape determination step of determining whether or not the shape of the press-molded product after the stress relaxation is within a predetermined range;
a temporary press molding condition changing step of changing the temporary press molding conditions when it is determined in the shape determination step that the shape of the press-molded product after the stress relaxation is not within the predetermined range set in advance;
a repeating step of repeatedly executing the temporary press-molding condition changing step, the post-stress-relaxation shape acquiring step, and the shape determining step until it is determined in the shape determining step that the shape of the press-molded product after the stress relaxation is within the predetermined range that is set in advance;
a press molding condition determination step of determining, when it is determined in the shape determination step that the shape of the press-molded product after the stress relaxation is within the predetermined range, the provisional press molding conditions in that case as the press molding conditions of the press-molded product;
and a press-molding step of press-molding the metal plate into the press-molded product under the determined press-molding conditions.
本発明においては、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得する。そして、取得した応力緩和量に基づいて、スプリングバック直後のプレス成形品に応力緩和後の残留応力を設定し、力が釣り合う形状を力学的計算により求める。これにより、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化を高精度に予測することが可能となる。 In the present invention, the amount of stress relaxation that reflects the stress-strain change history before and after springback is obtained for all or part of the press-formed product immediately after springback. Then, based on the obtained amount of stress relaxation, the residual stress after stress relaxation is set for the press-formed product immediately after springback, and a shape in which the forces are balanced is obtained by mechanical calculation. This makes it possible to predict with high accuracy the change in shape over time of the press-formed product after springback at the moment it is released from the die.
さらに、本発明においては、上記のとおり予測されたプレス成形品の形状変化に基づいて、プレス成形に供する金型の形状を製造・調整する。そして、このように製造・調整された金型を用いてプレス成形品を製造することにより、高い寸法形状精度を有するプレス成形品の製造が可能となる。
さらに、本発明においては、応力緩和による形状変化後のプレス成形品の形状を規定の寸法内に収めるように調整した実際の金型を用いてプレス成形を行うことにより、寸法精度の良好なプレス成形品の製造が可能となる。
Furthermore, in the present invention, the shape of a die used for press molding is manufactured and adjusted based on the shape change of the press-molded product predicted as described above. Then, by manufacturing a press-molded product using the die manufactured and adjusted in this manner, it becomes possible to manufacture a press-molded product having high dimensional and shape accuracy.
Furthermore, in the present invention, press molding is performed using an actual mold that has been adjusted so that the shape of the press-molded product after shape change due to stress relaxation falls within specified dimensions, making it possible to manufacture press-molded products with good dimensional accuracy.
＜発明に至った経緯＞
発明者らは、前述した図２に示すように、金型１１から離型してスプリングバックした後の板材プレス曲げ成形品３１において時間経過に伴う形状変化が起こる原因について、種々の調査を行った。当該調査では、図３に示すように、板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３における厚さ方向の応力分布に着目した。
<Background to the invention>
The inventors have conducted various investigations into the cause of the change in shape over time in the press-bent sheet metal product 31 after it is released from the die 11 and springs back, as shown in Fig. 2. In the investigations, the inventors focused on the stress distribution in the thickness direction in the bent portion 33 of the press-bent sheet metal product 31, as shown in Fig. 3.
曲げ部３３は、金属板２１を曲げ成形した成形下死点（曲げ成形直後）においては、図３（ａ）に示すように、中立軸よりも曲げ外側の領域では引張応力が、中立軸よりも曲げ内側の領域では圧縮応力が働いている。
しかしながら、板材プレス曲げ成形品３１を金型１１から離型し、曲げ部３３の曲げモーメントが除荷されてスプリングバックした直後においては、図３（ｂ）に示すように、曲げ外側の表層部は圧縮応力、曲げ内側の表層部は引張応力に反転する。これにより、曲げ部３３における曲げ外側の表面から板厚の約1/4の位置までの領域に引張応力が残存し、曲げ内側の表面から板厚の約1/4の位置までの領域に圧縮応力が残存するようになる。
At the bottom dead point (immediately after bending) when the metal plate 21 is bent, as shown in FIG. 3A, tensile stress acts in the region on the outer side of the neutral axis of the bent portion 33, and compressive stress acts in the region on the inner side of the neutral axis of the bent portion 33.
However, immediately after the plate press-bent product 31 is released from the die 11 and the bending moment of the bent portion 33 is removed and springs back, the surface layer on the outside of the bend is subjected to compressive stress, and the surface layer on the inside of the bend is subjected to tensile stress, as shown in Fig. 3(b). As a result, tensile stress remains in the region from the surface on the outside of the bend to a position about 1/4 of the plate thickness in the bent portion 33, and compressive stress remains in the region from the surface on the inside of the bend to a position about 1/4 of the plate thickness.
このとき、曲げ部３３における曲げ外側の表層部（図３（ａ）においてＡ点で示す部位、以下、「部位Ａ」と称す）は、塑性域まで引張変形を受けて引張応力状態となる。そして、スプリングバック時には引張応力が除荷された後に圧縮変形を受け（除荷・反転圧縮）、スプリングバック直後においては、図３（ｂ）にＡ’点で示すように、圧縮残留応力が作用する。さらに、スプリングバック直後から時間経過後は、図３（ｃ）にＡ”点で示すように、圧縮残留応力が作用した状態で保持されることになる。 At this time, the outer surface layer of the bent portion 33 (the portion indicated by point A in FIG. 3(a), hereafter referred to as "portion A") is tensile deformed to the plastic region and enters a tensile stress state. Then, during springback, the tensile stress is removed and then compressively deformed (removal of load and reverse compression), and immediately after springback, compressive residual stress acts as shown by point A' in FIG. 3(b). Furthermore, after a certain time has passed since immediately after springback, the portion is maintained in a state where compressive residual stress acts as shown by point A" in FIG. 3(c).
曲げ部３３における曲げ外側の表層部よりも内側の部位（図３（ａ）においてＢ点で示す部位、以下、「部位Ｂ」と称す）は、曲げ成形において塑性域まで引張変形を受けて引張応力状態となる。そして、スプリングバック直後には、図３（ｂ）にＢ’点で示すように、引張応力が完全に除荷される。さらに、スプリングバック直後から時間経過後は、図３（ｂ）にＢ”点で示すように、応力はほぼ0の状態で保持されることになる。 The area inside the outer surface of the bent portion 33 (the area shown at point B in Figure 3(a) hereafter referred to as "area B") is subjected to tensile deformation up to the plastic region during bending and enters a tensile stress state. Then, immediately after springback, the tensile stress is completely released as shown at point B' in Figure 3(b). Furthermore, after a certain time has passed since immediately after springback, the stress is maintained at almost zero as shown at point B" in Figure 3(b).
曲げ部３３の曲げ外側のさらに内側の部位（図３（ａ）においてＣ点で示す部位、以下、「部位Ｃ」と称す）は、前述した部位Ｂと同様、曲げ成形において塑性域まで引張変形を受けて引張応力状態となる。しかしながら、部位Ｃは、スプリングバック直後には図３（ｂ）にＣ’点で示すように、途中まで引張応力が除荷された状態となる。
そして、スプリングバック直後から時間経過後は、図３（ｃ）にＣ”点で示すように、引張残留応力が作用した状態で保持されることになる。
The area inside the bent portion 33 (the area shown by point C in FIG. 3A, hereafter referred to as "area C") is subjected to tensile deformation up to the plastic region during bending and is in a tensile stress state, similar to the above-mentioned area B. However, immediately after springback, area C is in a state where the tensile stress is partially removed, as shown by point C' in FIG. 3B.
After a certain time has elapsed since the springback, the material is maintained in a state in which the tensile residual stress acts, as shown at point C'' in FIG. 3(c).
このように、板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３における厚さ方向の各部位は、金型１１から離型してスプリングバックする過程において様々な応力－ひずみ変更履歴（変形履歴）を経た後に保持されることがわかる。 In this way, it can be seen that each portion in the thickness direction of the bent portion 33 of the press-bent plate material product 31 is maintained after undergoing various stress-strain change histories (deformation histories) during the process of release from the die 11 and springback.
そこで、発明者らは、曲げ成形した直後の成形下死点（図３（ａ））からスプリングバック直後（図３（ｂ））までの曲げ部３３における厚さ方向の各部位の応力－ひずみ変更履歴を金属板の試験片に再現する試験を行った。当該試験においては、金属板の試験片に単軸引張荷重又は単軸圧縮荷重を負荷した後に一定時間保持し、保持開始からの時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を調査した。以降、当該試験を「応力緩和試験」と称す。 The inventors therefore conducted a test to reproduce in a metal plate test piece the stress-strain change history of each part in the thickness direction of the bent part 33 from the bottom dead point immediately after bending (Fig. 3(a)) to immediately after springback (Fig. 3(b)). In this test, a uniaxial tensile load or a uniaxial compressive load was applied to the metal plate test piece, which was then held for a certain period of time, and the stress-strain change history over time from the start of the holding was investigated. Hereinafter, this test is referred to as a "stress relaxation test."
図４（ａ）に、引張強度1180MPa級、板厚1.2mmの鋼板の試験片を用いた応力緩和試験により、板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３における厚さ方向の部位Ａ、部位Ｂ及び部位Ｃの応力－ひずみ変更履歴を模擬した結果を示す。 Figure 4 (a) shows the results of a stress relaxation test using a steel plate test piece with a tensile strength of 1180 MPa and a plate thickness of 1.2 mm, simulating the stress-strain change history of parts A, B, and C in the thickness direction of the bent part 33 of the press-bent plate product 31.
曲げ部３３の曲げ外側の表層部である部位Ａ（図３（ａ）参照）における応力－ひずみ変更履歴を模擬する条件として、図４（ａ）に示すように、まず、ひずみε＝0.056まで試験片に引張変形を付与した（Ａ点）。その後、試験片を除荷・反転圧縮して圧縮応力σ=-336MPaまで圧縮変形し（Ａ’点）、その状態で試験片を一定時間（２日間）保持した（Ａ”点）。 As a condition for simulating the stress-strain change history in part A (see FIG. 3(a)), which is the outer surface layer of the bent portion 33, the test piece was first subjected to tensile deformation until the strain ε = 0.056 (point A), as shown in FIG. 4(a). The test piece was then unloaded and compressed in reverse until it was compressed until the compressive stress σ = -336 MPa (point A'), and the test piece was held in that state for a certain period of time (2 days) (point A'').
曲げ部３３における曲げ外側の表層部よりも内側の部位Ｂ（図３（ａ）参照）における応力－ひずみ変更履歴を模擬する条件として、図４（ａ）に示すように、まず、ひずみε＝0.042まで試験片に引張変形を付与した（Ｂ点）。その後、試験片を引張応力σ=69MPaまで除荷して途中で停止し（Ｂ’点）、その状態で試験片を一定時間(２日間)保持した（Ｂ”点）。 As a condition for simulating the stress-strain change history at part B (see Fig. 3(a)) inside the outer surface layer of the bend in the bent part 33, the test piece was first subjected to tensile deformation up to a strain ε = 0.042 (point B) as shown in Fig. 4(a). The test piece was then unloaded up to a tensile stress σ = 69 MPa and stopped midway (point B'), and the test piece was held in that state for a certain period of time (2 days) (point B'').
曲げ部３３における曲げ外側のさらに内側の部位Ｃ（図３（ａ）参照）における応力－ひずみ変更履歴を模擬する条件として、図４（ａ）に示すように、まず、ひずみε＝0.023まで引張変形を付与した（Ｃ点）。その後、引張応力σ=508MPaまで除荷した途中で停止し（Ｃ’点）、その状態で試験片を一定時間（２日間）保持した（Ｃ”点）。 As a condition for simulating the stress-strain change history at part C (see Fig. 3(a)) inside the outer bend in the bent part 33, tensile deformation was first applied up to a strain ε = 0.023 (point C) as shown in Fig. 4(a). After that, the unloading was stopped halfway down to a tensile stress σ = 508 MPa (point C'), and the test piece was held in that state for a certain period of time (2 days) (point C'').
図４（ｂ）に、試験片を保持する過程における保持開始からの真応力の変化量と保持時間との関係を示す。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、曲げ部３３の部位Ａ～部位Ｃのいずれにおいても、時間経過とともに除荷直後の状態（スプリングバック直後に相当）から試験片を引張変形させた状態（曲げ成形直後に相当）に近づく方向に応力変化が生じることが判明した。
FIG. 4(b) shows the relationship between the change in true stress from the start of holding the test piece and the holding time during the process.
As shown in Figures 4(a) and (b) , it was found that in each of the parts A to C of the bent portion 33, a stress change occurs over time in a direction approaching a state in which the test piece is tensile deformed (corresponding to immediately after bending) from a state immediately after unloading (corresponding to immediately after springback).
すなわち、曲げ部３３の曲げ外側の表層部（部位Ａ）は、曲げ成形直後においては引張応力（プラス側）状態である（図４（ａ）中のＡ点）が、スプリングバック直後においては圧縮残留応力（マイナス側）状態となる（図４（ａ）中のＡ’点）。そして、スプリングバックした後は、保持時間の経過とともに、圧縮残留応力が緩和される方向に応力変化が生じる（図４（ａ）中のＡ”点）。 That is, the outer surface layer (part A) of the bent part 33 is in a state of tensile stress (positive side) immediately after bending (point A in Fig. 4(a)), but is in a state of compressive residual stress (negative side) immediately after springback (point A' in Fig. 4(a)). After springback, a stress change occurs in the direction of relaxing the compressive residual stress as the holding time passes (point A" in Fig. 4(a)).
また、曲げ外側の表層部よりも厚さ方向に内側の部位Ｂ及び部位Ｃは、曲げ成形直後においては引張応力（プラス側）であり（図４（ａ）中のＢ点、Ｃ点）、スプリングバック直後においても引張残留応力（プラス側）が残存する（図４（ａ）中のＢ’点、Ｃ’点）。そして、スプリングバックした後は、保持時間の経過とともに、元の曲げ成形直後の引張応力の状態に近づく方向に応力変化が生じる（図４（ａ）中のＢ”点、Ｃ”点）。 In addition, parts B and C, which are located inside the outer surface layer in the thickness direction, are under tensile stress (positive side) immediately after bending (points B and C in Figure 4(a)), and tensile residual stress (positive side) remains even immediately after springback (points B' and C' in Figure 4(a)). After springback, as the holding time passes, the stress changes in a direction approaching the original tensile stress state immediately after bending (points B" and C" in Figure 4(a)).
さらに、図４（ｂ）に示すように、スプリングバック後の板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３における応力変化量は厚さ方向に一律ではなく、曲げ外側の表層部に近いほど大きく、曲げ内側に近いほど小さい結果であった（部位Ａ＞部位Ｂ＞部位Ｃ）。 Furthermore, as shown in Figure 4 (b), the amount of stress change in the bent portion 33 of the press-bent sheet metal product 31 after springback was not uniform in the thickness direction, but was greater closer to the surface layer on the outside of the bend and smaller closer to the inside of the bend (part A > part B > part C).
このように、曲げ部３３の厚さ方向における内部の残留応力が徐々にかつ不均一に変化（応力緩和）することで、スプリングバックした後の板材プレス曲げ成形品３１の形状が変化することが分かった。そして、図４に示した曲げ部３３の厚さ方向の各部位におけるそれぞれの応力－ひずみ変更履歴の結果から、時間経過に伴う応力緩和による応力変化量が異なることを突き止めた。 In this way, it was found that the shape of the press-bent sheet metal product 31 after springback changes due to the gradual and non-uniform change (stress relaxation) of the internal residual stress in the thickness direction of the bent portion 33. Furthermore, from the results of the stress-strain change history of each part in the thickness direction of the bent portion 33 shown in Figure 4, it was found that the amount of stress change due to stress relaxation over time differs.
さらに、発明者らは、曲げ部３３の厚さ方向の各部位における応力緩和に基づく経時的な応力変化量は、金属板の試験片を用いた応力緩和試験を行い、曲げ部３３の各部位の応力－ひずみ変更履歴を模擬することにより求めることができると考えた。 Furthermore, the inventors considered that the amount of stress change over time due to stress relaxation at each part of the bent portion 33 in the thickness direction could be determined by conducting a stress relaxation test using a metal plate test piece and simulating the stress-strain change history at each part of the bent portion 33.
応力緩和試験としては、図５に示す（ａ）引張後保持試験、（ｂ）引張除荷後保持試験、（ｃ）引張除荷圧縮後保持試験と、図６に示す（ｄ）圧縮後保持試験、（ｅ）圧縮除荷後保持試験、（ｆ）圧縮除荷引張後保持試験、がある。 The stress relaxation tests include (a) tension retention test, (b) tension unloading retention test, and (c) tension unloading compression retention test shown in Figure 5, and (d) compression retention test, (e) compression unloading retention test, and (f) compression unloading tension retention test shown in Figure 6.
図５（ａ）に示す引張後保持試験は、単軸引張荷重を試験片４１に負荷し、引張荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該引張後保持試験においては、試験片４１に単軸引張荷重を負荷する単軸引張試験の途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、引張荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
The post-tensile retention test shown in FIG. 5( a) is a test in which a uniaxial tensile load is applied to a test piece 41, and the test piece 41 is retained while the tensile load is applied to measure the stress-strain change history over time.
In this post-tensile retention test, the testing machine is stopped midway through the uniaxial tensile test in which a uniaxial tensile load is applied to the test piece 41, and the holding portion 43 of the test piece 41 is fixed, and the test piece 41 is held in the state in which the tensile load is applied.
図５（ｂ）に示す引張除荷後保持試験は、単軸引張荷重を試験片４１に負荷した後、引張荷重を途中まで除荷した状態で試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該引張除荷後保持試験においては、単軸引張荷重を試験片４１に負荷する途中で試験機を除荷に転じ、引張応力を除荷する途中段階又は完全に除荷した段階で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定する。そして、引張荷重を負荷した状態又は引張荷重を零に除荷した状態で試験片４１を保持する。
The retention test after tensile unloading shown in FIG. 5(b) is a test in which a uniaxial tensile load is applied to the test piece 41, and then the test piece 41 is retained in a state in which the tensile load is partially removed, and the stress-strain change history over time is measured.
In the retention test after tensile unloading, the test machine is switched to unloading in the middle of applying a uniaxial tensile load to the test piece 41, and the test machine is stopped in the middle of unloading the tensile stress or when the tensile stress is completely unloaded, and the holding part 43 of the test piece 41 is fixed. Then, the test piece 41 is held in a state in which a tensile load is applied or in a state in which the tensile load is unloaded to zero.
図５（ｃ）に示す引張除荷圧縮後保持試験は、単軸引張荷重を試験片４１に負荷した後に引張荷重を除荷し、引き続き単軸圧縮荷重を試験片に負荷した状態で試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該引張除荷圧縮後保持試験においては、まず、単軸引張荷重を負荷する途中で試験機を除荷に転じ、引張荷重を完全に除荷する。引張荷重を除荷した後、試験片４１に単軸圧縮荷重を負荷する（反転圧縮）。そして、単軸圧縮荷重を負荷する途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、圧縮荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
The tensile unloading compression hold test shown in FIG. 5( c) is a test in which a uniaxial tensile load is applied to the test piece 41, the tensile load is then released, and the test piece 41 is held in a state in which a uniaxial compressive load is subsequently applied to the test piece, thereby measuring the stress-strain change history over time.
In the tensile unloading compression retention test, the test machine is first switched to unloading in the middle of applying the uniaxial tensile load, and the tensile load is completely removed. After the tensile load is removed, a uniaxial compressive load is applied to the test piece 41 (reverse compression). Then, in the middle of applying the uniaxial compressive load, the test machine is stopped and the holding portion 43 of the test piece 41 is fixed, and the test piece 41 is held in the state in which the compressive load is applied.
図６（ｄ）に示す圧縮後保持試験は、単軸圧縮荷重を試験片に負荷し、圧縮荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該圧縮後保持試験においては、試験片４１に単軸圧縮荷重を負荷する単軸圧縮試験の途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、圧縮荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
The post-compression retention test shown in FIG. 6( d ) is a test in which a uniaxial compressive load is applied to the test piece, and the test piece 41 is retained while the compressive load is applied to measure the stress-strain change history over time.
In this post-compression retention test, the testing machine is stopped midway through the uniaxial compression test in which a uniaxial compressive load is applied to the test specimen 41, and the holding portion 43 of the test specimen 41 is fixed, and the test specimen 41 is held while the compressive load is applied.
図６（ｅ）に示す圧縮除荷後保持試験は、単軸圧縮荷重を試験片４１に負荷した後、圧縮荷重を除荷した状態で試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該圧縮除荷後保持試験においては、単軸圧縮荷重を試験片４１に負荷する途中で試験機を除荷に転じ、圧縮応力を除荷する途中段階又は完全に除荷した段階で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定する。そして、圧縮荷重を負荷した状態又は圧縮荷重を零に除荷した状態で試験片４１を保持する。
The retention test after compressive unloading shown in FIG. 6( e) is a test in which a uniaxial compressive load is applied to the test piece 41, and then the test piece 41 is retained in a state in which the compressive load is removed, and the stress-strain change history over time is measured.
In the retention test after compressive unloading, the testing machine is switched to unloading in the middle of applying a uniaxial compressive load to the test piece 41, and the testing machine is stopped in the middle of unloading the compressive stress or when the compressive stress has been completely unloaded, and the holding portion 43 of the test piece 41 is fixed. Then, the test piece 41 is held in a state in which a compressive load is applied or in a state in which the compressive load is unloaded to zero.
図６（ｆ）に示す圧縮除荷引張後保持試験は、単軸圧縮荷重を試験片４１に負荷した後に圧縮荷重を除荷し、引き続き単軸引張荷重を試験片に負荷した状態で試験片４１を保持して時間経過に伴う応力－ひずみ変更履歴を測定する試験である。
当該圧縮除荷引張後保持試験においては、まず、単軸圧縮荷重を負荷する途中で試験機を除荷に転じ、圧縮荷重を完全に除荷する。圧縮荷重を除荷した後、試験片４１に単軸引張荷重を負荷する（反転引張）。そして、単軸引張荷重を負荷する途中で試験機を停止して試験片４１の保持部４３を固定し、引張荷重を負荷した状態のまま試験片４１を保持する。
The compression-unloading tension-retention test shown in FIG. 6( f) is a test in which a uniaxial compressive load is applied to the test piece 41, the compressive load is then removed, and the test piece 41 is retained in a state in which a uniaxial tensile load is subsequently applied to the test piece, thereby measuring the stress-strain change history over time.
In the compression-unloading-tensile-retention test, the test machine is first switched to unloading in the middle of applying a uniaxial compressive load, and the compressive load is completely removed. After the compressive load is removed, a uniaxial tensile load is applied to the test piece 41 (reverse tension). Then, in the middle of applying the uniaxial tensile load, the test machine is stopped and the holding portion 43 of the test piece 41 is fixed, and the test piece 41 is held in the state in which the tensile load is applied.
なお、上記の各試験において単軸圧縮荷重を負荷する際に試験片４１に座屈が生じる恐れがある場合は、例えば特開2019-035603号公報に開示される治具を備えた試験装置を用いて、試験片４１の座屈を抑制するとよい。 If there is a risk of buckling of the test piece 41 when applying a uniaxial compressive load in each of the above tests, it is advisable to suppress buckling of the test piece 41 by using a test device equipped with a jig such as that disclosed in JP 2019-035603 A.
発明者らは、図５及び図６に示す応力緩和試験を行い、応力－ひずみ変更履歴と、時間経過に伴う応力緩和による応力変化量と、の関係について検討を重ねた。ここで、図４に示した応力緩和試験の結果から、応力緩和現象は、スプリングバック直後に相当する応力状態から、スプリングバック前の曲げ成形直後に相当する元の応力状態に戻る方向に応力変化が生じる現象であることが判明している。このことから、スプリングバック前後の応力変化量がスプリングバックした後の応力緩和現象の駆動力となり、応力緩和による応力変化量が決まると考えた。 The inventors conducted the stress relaxation tests shown in Figures 5 and 6, and conducted extensive research into the relationship between the stress-strain change history and the amount of stress change due to stress relaxation over time. Here, the results of the stress relaxation tests shown in Figure 4 reveal that the stress relaxation phenomenon is a phenomenon in which stress changes in the direction from the stress state corresponding to immediately after springback back to the original stress state corresponding to immediately after bending before springback. From this, it was thought that the amount of stress change before and after springback is the driving force for the stress relaxation phenomenon after springback, and determines the amount of stress change due to stress relaxation.
発明者らは、図５及び図６に示した応力緩和試験のうち、（ｂ）引張除荷後保持試験、（ｃ）引張除荷圧縮後保持試験及び（ｆ）圧縮除荷引張後保持試験を実施し、スプリングバック前後の応力変化量と応力緩和による応力変化量の関係を調査した。ここで、試験片４１には、金属板として引張強度1180MPa級及び590MPa級、板厚1.2mmの鋼板を用いた。 The inventors conducted the stress relaxation tests shown in Figures 5 and 6, (b) tension unloading hold test, (c) tension unloading compression hold test, and (f) compression unloading tension hold test, to investigate the relationship between the stress change before and after springback and the stress change due to stress relaxation. Here, for the test piece 41, steel plates with tensile strengths of 1180 MPa and 590 MPa and a plate thickness of 1.2 mm were used as metal plates.
表１、表２及び表３に、応力緩和試験の条件及び結果を示す。ここで、反転前ひずみεa及び反転前応力σaは、応力緩和試験において引張もしくは圧縮から除荷に転じる直前のひずみ及び応力であり、スプリングバック開始前のプレス成形品のひずみ及び応力に相当する。また、反転後応力σbは、応力緩和試験において試験機を停止し、試験片４１の保持部４３を固定して保持を開始した時点の応力であり、スプリングバック直後のプレス成形品の残留応力に相当する。
さらに、反転前後の応力変化量Δσ1は、保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量であり、反転前応力σaと反転後応力σbの差である。そして、反転前後の応力変化量Δσ1は、スプリングバック前後のプレス成形品の応力変化量に相当する。
また、保持過程における応力変化量Δσ2は応力緩和試験において一定期間（２日間）保持する過程における応力緩和量であり、離型してスプリングバックした後のプレス成形品における応力変化量に相当する。
Tables 1, 2, and 3 show the conditions and results of the stress relaxation test. Here, the pre-reversal strain εa and the pre-reversal stress σa are the strain and stress immediately before the load changes from tension or compression to unloading in the stress relaxation test, and correspond to the strain and stress of the press-formed product before the start of springback. The post-reversal stress σb is the stress at the time when the testing machine is stopped in the stress relaxation test, the holding part 43 of the test piece 41 is fixed, and holding is started, and corresponds to the residual stress of the press-formed product immediately after springback.
Furthermore, the stress change amount Δσ1 before and after reversal is the stress change amount in the tension process or compression process immediately before holding, and is the difference between the pre-reversal stress σa and the post-reversal stress σb. The stress change amount Δσ1 before and after reversal corresponds to the stress change amount of the press-formed product before and after springback.
The stress change amount Δσ2 during the holding process is the stress relaxation amount during the process of holding for a certain period (2 days) in the stress relaxation test, and corresponds to the stress change amount in the press-molded product after release from the mold and springback.
図７に、応力緩和試験により求めた、金属板を保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1と、保持過程における応力緩和による応力変化量Δσ2との関係をグラフに表した結果を示す。図７に示す結果から、試験片４１に用いた金属板の材料強度（引張強度590MPa級及び1180MPa級）の違いによらず、保持後の応力緩和による応力変化量Δσ2は反転前後の応力変化量Δσ1に比例することが判明した。 Figure 7 shows the results of a graph that plots the relationship between the amount of stress change Δσ1 during the tension or compression process immediately before the metal plate is held, and the amount of stress change Δσ2 due to stress relaxation during the holding process, as determined by a stress relaxation test. The results shown in Figure 7 reveal that, regardless of the difference in material strength of the metal plate used in test piece 41 (tensile strength of 590 MPa class and 1180 MPa class), the amount of stress change Δσ2 due to stress relaxation after holding is proportional to the amount of stress change Δσ1 before and after reversal.
そこで、発明者らは、図７に示した結果に基づき、反転前後の応力変化量Δσ1と、保持過程での応力緩和による応力変化量Δσ2から、比例関係の傾き（a＝Δσ2／Δσ1）を求めた。その結果、図７に示すように、応力緩和試験により求めた応力変化量Δσ1及びΔσ2の各プロットを直線近似して求めたaの値は0.025と算出された。さらに、図７に示す結果から、aの取り得る範囲として、0.01以上0.04以下であることが分かった。 Based on the results shown in Figure 7, the inventors calculated the slope of the proportional relationship (a = Δσ2/Δσ1) from the stress change before and after reversal Δσ1 and the stress change due to stress relaxation during the holding process Δσ2. As a result, as shown in Figure 7, the value of a, calculated by linearly approximating the plots of the stress changes Δσ1 and Δσ2 calculated by the stress relaxation test, was calculated to be 0.025. Furthermore, from the results shown in Figure 7, it was found that the possible range for a is 0.01 to 0.04.
以上の結果から、発明者らは、スプリングバックした後の時間経過に伴う応力緩和による応力変化量は、スプリングバック前後の応力変化量に所定の値（=a）を乗じることにより算出できることを見い出した。
さらに、発明者らは、このように算出した応力緩和量をスプリングバック直後の残留応力に加算し、スプリングバックした後の時間経過に伴うプレス成形品の形状変化を予測することを想起するに至った。
From the above results, the inventors discovered that the amount of stress change due to stress relaxation over time after springback can be calculated by multiplying the amount of stress change before and after springback by a predetermined value (=a).
Furthermore, the inventors came up with the idea of adding the amount of stress relaxation calculated in this manner to the residual stress immediately after springback, and predicting the change in shape of a press-formed product over time after springback.
本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、以下、本発明の実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法、装置及びプログラム、並びに、本発明の実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法について説明する。 The present invention was made based on the above-mentioned study results, and the following describes a method, device, and program for predicting shape changes in a press-molded product according to a first embodiment of the present invention, and a method for manufacturing a press-molded product according to a second embodiment of the present invention.
［実施の形態１］
＜プレス成形品の形状変化予測方法＞
本発明の実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測するものである。
そして、本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、図１に示すように、成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１と、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３と、を含むものである。さらに、本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法は、図１に示すように、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５と、応力緩和後の形状解析ステップＳ７と、を含むものである。
以下、これらの各ステップについて説明する。
[First embodiment]
<Method for predicting shape changes in press-molded products>
The method for predicting shape change in a press-formed product according to
The shape change prediction method of the press-formed product according to the first embodiment includes a step S1 of acquiring stress and strain at the bottom dead center of forming, and a step S3 of acquiring residual stress and strain immediately after springback, as shown in Fig. 1. Furthermore, the shape change prediction method of the press-formed product according to the first embodiment includes a step S5 of setting residual stress after stress relaxation, and a step S7 of analyzing shape after stress relaxation, as shown in Fig. 1.
Each of these steps will now be described.
≪成形下死点の応力及びひずみ取得ステップ≫
成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１は、金型を用いて金属板をプレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行うステップ（Ｓ１ａ）を含む。さらに、成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１は、プレス成形する過程の力学的計算により、成形下死点におけるプレス成形品の応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ１ｂ）を含む。
<Step to obtain stress and strain at bottom dead center of forming>
The forming bottom dead point stress and strain acquisition step S1 includes a step (S1a) of performing a mechanical calculation of a process of press-forming a metal plate into a press-formed product using a die, and further includes a step (S1b) of acquiring the stress and strain of the press-formed product at the forming bottom dead point by the mechanical calculation of the press-forming process.
金属板をプレス成形する過程の力学的計算には、有限要素法によるプレス成形解析を利用することができる。プレス成形解析においては、金型をモデル化した金型モデルを用いて金属板を成形下死点までプレス成形する過程の力学的計算を行う。これにより、成形下死点におけるプレス成形品の応力分布及びひずみ分布を取得することができる。さらに、プレス成形解析により、成形下死点におけるプレス成形品の形状を取得することができる。
以下、成形下死点におけるプレス成形品の応力分布を「応力分布（Ａ）」、成形下死点におけるプレス成形品のひずみ分布を「ひずみ分布（Ａ）」と表す。
Press forming analysis using the finite element method can be used for mechanical calculations of the process of press forming a metal plate. In press forming analysis, a die model that models the die is used to perform mechanical calculations of the process of press forming a metal plate up to the bottom dead point of forming. This makes it possible to obtain the stress distribution and strain distribution of the press formed product at the bottom dead point of forming. Furthermore, press forming analysis makes it possible to obtain the shape of the press formed product at the bottom dead point of forming.
Hereinafter, the stress distribution of the press-molded product at the bottom dead point of forming will be referred to as "stress distribution (A)", and the strain distribution of the press-molded product at the bottom dead point of forming will be referred to as "strain distribution (A)".
≪スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップ≫
スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３は、プレス成形品を金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行うステップ（Ｓ３ａ）を含む。さらに、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３は、スプリングバックする過程の力学的計算により、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力及びひずみを取得するステップ（Ｓ３ｂ）を含む。
<Step to obtain residual stress and strain immediately after springback>
The step S3 of acquiring the residual stress and strain immediately after springback includes a step (S3a) of performing a mechanical calculation of the process of releasing the press-formed product from the die and causing it to spring back. Furthermore, the step S3 of acquiring the residual stress and strain immediately after springback includes a step (S3b) of acquiring the residual stress and strain of the press-formed product immediately after springback by the mechanical calculation of the springback process.
プレス成形品がスプリングバックする過程の力学的計算には、有限要素法によるスプリングバック解析を利用することができる。スプリングバック解析においては、成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１において成形下死点までプレス成形したプレス成形品を金型モデルから離型した直後の力のモーメントが釣り合う形状を力学的計算により求める。これにより、スプリングバック直後のプレス成形品の残留応力分布及びひずみ分布を取得することができる。さらに、スプリングバック解析により、スプリングバック直後のプレス成形品の形状を取得することができる。
以下、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力分布を「残留応力分布（Ｂ）」、スプリングバック直後におけるプレス成形品のひずみ分布を「ひずみ分布（Ｂ）」と表す。
Springback analysis using the finite element method can be used for mechanical calculation of the process of springback of a press-formed product. In the springback analysis, a shape in which the moment of force is balanced immediately after the press-formed product, which has been press-formed to the bottom dead center in the forming bottom dead center stress and strain acquisition step S1, is released from the die model is obtained by mechanical calculation. This makes it possible to obtain the residual stress distribution and strain distribution of the press-formed product immediately after springback. Furthermore, the shape of the press-formed product immediately after springback can be obtained by the springback analysis.
Hereinafter, the residual stress distribution of the press-formed product immediately after springback will be referred to as "residual stress distribution (B)", and the strain distribution of the press-formed product immediately after springback will be referred to as "strain distribution (B)".
≪応力緩和後の残留応力設定ステップ≫
応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得するステップ（Ｓ５ａ）を含む。さらに、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、取得した応力緩和量をスプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定するステップ（Ｓ５ｂ）を含む。
以下、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を「応力緩和量（Ｃ）」と表す。さらに、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の各部位の残留応力の値に応力緩和量（Ｃ）を加算して設定した応力緩和後の残留応力分布を「残留応力分布（Ｄ）」と表す。
<Step to set residual stress after stress relaxation>
The step S5 of setting the residual stress after stress relaxation includes a step (S5a) of acquiring a stress relaxation amount reflecting a stress-strain change history before and after springback for all or a part of the portions of the press-formed product immediately after springback. Furthermore, the step S5 of setting the residual stress after stress relaxation includes a step (S5b) of adding the acquired stress relaxation amount to the residual stress value of all or a part of each portion of the press-formed product immediately after springback to set the residual stress after stress relaxation.
Hereinafter, the amount of stress relaxation reflecting the stress-strain change history before and after springback is referred to as "stress relaxation amount (C)". Furthermore, the residual stress distribution after stress relaxation, which is set by adding the amount of stress relaxation (C) to the residual stress value of all or some of the portions of the press-formed product immediately after springback, is referred to as "residual stress distribution (D)".
（応力緩和量の算出方法）
応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５において、応力緩和量を取得する具体的な手順の一態様を以下に説明する。
(Method of calculating the amount of stress relaxation)
An embodiment of a specific procedure for acquiring the amount of stress relaxation in step S5 for setting the residual stress after stress relaxation will be described below.
まず、成形下死点における応力分布（Ａ）及びひずみ分布（Ａ）から、スプリングバック直後の残留応力分布（Ｂ）及びひずみ分布（Ｂ）へと変化する過程におけるプレス成形品の各部位の応力－ひずみ変更履歴を、金属板の試験片に再現する応力緩和試験を行う。
応力緩和試験は、前述した図５（ａ）～（ｃ）及び図６（ｄ）～（ｆ）に示す応力緩和試験の１つ又は複数を組み合わせたものとする。そして、応力緩和試験により応力変化量を測定し、測定した応力変化量をプレス成形品の各部位における応力緩和量（Ｃ）として取得する。
First, a stress relaxation test is performed to reproduce in a metal plate test piece the stress-strain change history of each part of a press-formed product during the process of changing from the stress distribution (A) and strain distribution (A) at the bottom dead center of forming to the residual stress distribution (B) and strain distribution (B) immediately after springback.
The stress relaxation test is one or a combination of the stress relaxation tests shown in Figures 5(a) to (c) and Figures 6(d) to (f) described above. The amount of stress change is measured by the stress relaxation test, and the measured amount of stress change is obtained as the amount of stress relaxation (C) at each portion of the press-molded product.
ここで、応力緩和試験は、プレス成形品の全ての部位（有限要素メッシュ等）の応力－ひずみ変更履歴を再現するように行う必要はない。
この場合、まず、スプリングバック前後で特徴的な応力－ひずみ変更履歴となる部位（例えば、前述した図３に示す曲げ部３３におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点に相当する部位Ａ、部位Ｂ及び部位Ｃ）を特定する。そして、特定した各部位における応力緩和量を応力緩和試験により直接測定する。
さらに、特定した部位以外の応力緩和量は、図７に示したように、反転前後の応力変化量Δσ1と保持過程の応力緩和による応力変化量Δσ2が比例関係となることを利用し、応力緩和試験により各部位について求めた応力緩和量を内挿又は外挿して求めればよい。
Here, the stress relaxation test does not need to be performed so as to reproduce the stress-strain change history of all parts (finite element mesh, etc.) of the press-molded product.
In this case, first, a portion having a characteristic stress-strain change history before and after springback (for example, portion A, portion B, and portion C corresponding to points A, B, and C in the bent portion 33 shown in FIG. 3 described above) is identified. Then, the amount of stress relaxation in each of the identified portions is directly measured by a stress relaxation test.
Furthermore, the amount of stress relaxation in the portions other than the specified portion can be obtained by interpolating or extrapolating the amount of stress relaxation obtained for each portion by the stress relaxation test, taking advantage of the fact that the amount of stress change Δσ1 before and after reversal and the amount of stress change Δσ2 due to stress relaxation during the holding process are in a proportional relationship, as shown in FIG.
≪応力緩和後の形状解析ステップ≫
応力緩和後の形状解析ステップＳ７は、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５において応力緩和後の残留応力を設定したプレス成形品について力の釣り合いがとれる形状を力学的計算により求めるステップである。
<Shape analysis step after stress relaxation>
The post-stress-relaxation shape analysis step S7 is a step of determining, by mechanical calculation, a shape that achieves balance of forces for the press-molded product for which the post-stress-relaxation residual stress has been set in the post-stress-relaxation residual stress setting step S5.
本実施の形態１では、応力緩和後の残留応力分布（Ｄ）が設定されたプレス成形品について、力の釣り合いが取れる形状を力学的計算により求める。
In this
このように、本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法においては、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得する。そして、取得した応力緩和量に基づいて、スプリングバック直後のプレス成形品に応力緩和後の残留応力を設定し、力が釣り合う形状を力学的計算により求める。これにより、実際のプレス成形品のスプリングバックした後の形状変化と合うようにスプリングバック直後の残留応力を緩和減少させる割合を適宜調整せずに、スプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化を精度良く予測することができる。 In this way, in the method for predicting shape changes in a press-formed product according to the first embodiment, a stress relaxation amount that reflects the stress-strain change history before and after springback is obtained for all or a part of the press-formed product immediately after springback. Then, based on the obtained stress relaxation amount, a residual stress after stress relaxation is set for the press-formed product immediately after springback, and a shape in which the forces are balanced is obtained by mechanical calculation. This makes it possible to accurately predict the shape change over time of a press-formed product after springback, without having to appropriately adjust the rate at which the residual stress immediately after springback is relaxed so as to match the shape change after springback of the actual press-formed product.
なお、上記の説明において、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、応力緩和試験により、プレス成形品の全て又は一部の各部位における応力緩和量を取得するものであった。
もっとも、本発明において、応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５は、プレス成形品における各部位の応力－ひずみ履歴を再現する応力緩和試験を行わず、プレス成形品の各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて算出してもよい。
In the above description, the step S5 of setting the residual stress after stress relaxation is to obtain the amount of stress relaxation in each portion of all or part of the press-molded product through a stress relaxation test.
However, in the present invention, the residual stress after stress relaxation setting step S5 may be calculated by multiplying the stress change before and after springback in each part of the press-formed product by a predetermined value a, without performing a stress relaxation test to reproduce the stress-strain history of each part of the press-formed product.
この場合、スプリングバック前後の応力変化量Δσsbは、プレス成形品の各部位における成形下死点におけるスプリングバック前の応力σpとスプリングバック直後の応力σqとから算出すればよい（Δσsb=σp-σq）。そして、応力緩和量は、応力変化量Δσsbに所定の値aを乗じて取得することができる。 In this case, the stress change amount Δσsb before and after springback can be calculated from the stress σp before springback at the bottom dead center of each part of the press-formed product and the stress σq immediately after springback (Δσsb=σp-σq). The amount of stress relaxation can then be obtained by multiplying the stress change amount Δσsb by a predetermined value a.
応力変化量Δσsbに乗じる所定の値aは、例えば図８に示すＳ５ａ１～Ｓ５ａ４の各手順により決定することができる。
まず、予めプレス成形品の被加工材料である金属板の試験片４１について、図５（ａ）～（ｃ）及び図６（ｄ）～（ｆ）に示す応力緩和試験のうち、１つもしくは複数を組み合わせた応力緩和試験を行う（Ｓ５ａ１）。
次に、応力緩和試験において試験片４１を保持する直前の過程における引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1を測定する（Ｓ５ａ２）。
続いて、試験片４１を保持する過程の応力緩和による応力変化量Δσ2を測定する（Ｓ５ａ３）。
そして、測定した各応力変化量Δσ1とΔσ2をプロットし、図７に示すように、Δσ1とσとの比Δσ2／Δσ1を算出し、算出したΔσ2/Δσ1を傾きaとする（Ｓ５ａ４）。
The predetermined value a by which the stress change amount Δσsb is multiplied can be determined, for example, by each of the procedures S5a1 to S5a4 shown in FIG.
First, a metal plate test piece 41, which is the material to be processed for the press-molded product, is subjected to one or a combination of the stress relaxation tests shown in FIGS. 5(a) to (c) and FIGS. 6(d) to (f) (S5a1).
Next, the stress change amount Δσ1 in the tensile or compressive process immediately before the test piece 41 is held in the stress relaxation test is measured (S5a2).
Next, the amount of stress change Δσ2 due to stress relaxation during the process of holding the test piece 41 is measured (S5a3).
Then, the measured stress changes Δσ1 and Δσ2 are plotted, and the ratio of Δσ1 to σ, Δσ2/Δσ1, is calculated as shown in FIG. 7, and the calculated Δσ2/Δσ1 is set as the slope a (S5a4).
なお、プレス成形に供する金属板が鋼板である場合、当該金属板を試験片４１とした応力緩和試験を行わなくとも、図７に示した結果より、所定の値aを0.01以上、0.04以下の範囲内で設定してもよい。 When the metal plate used in the press forming is a steel plate, the predetermined value a may be set within the range of 0.01 or more and 0.04 or less based on the results shown in Figure 7, even if a stress relaxation test is not performed using the metal plate as the test piece 41.
＜プレス成形品の形状変化予測装置＞
本発明の実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測装置（以下「形状変化予測装置」と称す）は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測するものである。
そして、形状変化予測装置１は、図９に示すように、成形下死点の応力及びひずみ取得部３と、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５と、応力緩和後の残留応力設定部７と、応力緩和後の形状解析部９と、を備えている。
形状変化予測装置１は、コンピュータ（PC等）のCPU（中央演算処理装置）によって構成されたものであってよい。この場合、上記の各部は、コンピュータのCPUが所定のプログラムを実行することによって機能する。
<Press-molded product shape change prediction device>
The shape change prediction device for a press-molded product (hereinafter referred to as the "shape change prediction device") of
As shown in Figure 9, the shape
The shape
≪成形下死点の応力及びひずみ取得部≫
成形下死点の応力及びひずみ取得部３は、金型を用いて金属板をプレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点におけるプレス成形品の応力及びひずみを取得するものである。
<Stress and strain measurement section at bottom dead point of forming>
The forming bottom dead point stress and
本実施の形態１において、成形下死点の応力及びひずみ取得部３は、前述した本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法の成形下死点の応力及びひずみ取得ステップＳ１を実行する。
In this
≪スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部≫
スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５は、プレス成形品を金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行うものである。さらに、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部は、スプリングバックする過程の力学的計算により、スプリングバック直後におけるプレス成形品の残留応力及びひずみを取得するものである。
<<Residual stress and strain measurement area immediately after springback>>
The residual stress and
本実施の形態１において、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５は、前述した本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法のスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップＳ３を実行する。
In this
≪応力緩和後の残留応力設定部≫
応力緩和後の残留応力設定部７は、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得するものである。さらに、応力緩和後の残留応力設定部７は、取得した応力緩和量をスプリングバックした直後のプレス成形品における全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定するものである。
<Residual stress setting section after stress relaxation>
The post-stress relaxation residual
本実施の形態１において、応力緩和後の残留応力設定部７は、前述した本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法の応力緩和後の残留応力設定ステップＳ５を実行する。
In this
なお、応力緩和後の残留応力設定部７は、プレス成形品における部位は、プレス成形品の全ての部位について応力緩和量を取得してもよいし、一部の部位について応力緩和量を取得してもよい。
プレス成形品における一部の部位について応力緩和量を取得する場合においては、スプリングバック前後で特徴的な応力－ひずみ変更履歴となる部位を特定し、当該特定した部位における応力緩和量を取得すればよい。
さらに、特定した部位以外の応力緩和量は、スプリングバック前後の応力変化に基づいて、特定した部位について求めた応力緩和量を内挿又は外挿して取得すればよい。
The post-stress-relaxed residual
When obtaining the stress relaxation amount for a portion of a press-formed product, a portion that exhibits a characteristic stress-strain change history before and after springback is identified, and the stress relaxation amount for the identified portion is obtained.
Furthermore, the amount of stress relaxation in areas other than the specified area may be obtained by interpolating or extrapolating the amount of stress relaxation found for the specified area based on the stress change before and after springback.
応力緩和量を取得する場合においては、応力緩和後の残留応力設定部７は、プレス成形品における各部位の応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験の測定結果をそのまま取得するものであってもよい。
あるいは、応力緩和後の残留応力設定部７は、プレス成形品の各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて算出した値を応力緩和量として取得するものであってもよい。さらに、プレス成形に供する金属板が鋼板である場合、所定の値aは、前掲した図７に示すように、0.01以上0.04以下の範囲内で設定された値とすればよい。
When acquiring the amount of stress relaxation, the post-stress relaxation residual
Alternatively, the post-stress-relaxation residual
≪応力緩和後の形状解析部≫
応力緩和後の形状解析部９は、応力緩和後の残留応力設定部７により応力緩和後の残留応力を設定したプレス成形品について、力のモーメントが釣り合う形状を求める力学的計算を行うものである。
<Shape analysis after stress relaxation>
The post-stress relaxation
本実施の形態１において、応力緩和後の形状解析部９は、前述した本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法の応力緩和後の形状解析ステップＳ７を実行する。
In this
＜プレス成形品の形状変化予測プログラム＞
本発明の実施の形態１は、プレス成形品の形状変化予測プログラムとして構成することができる。
すなわち、本発明の実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測プログラムは、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化を予測するものである。
そして、本実施の形態１に係る形状変化予測プログラムは、図９に示すように、コンピュータを、成形下死点の応力及びひずみ取得部３と、スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部５と、して実行させる機能を有するものである。さらに、本実施の形態１に係る形状変化予測プログラムは、図９に示すように、コンピュータを、応力緩和後の残留応力設定部７と、応力緩和後の形状解析部９と、して実行させる機能を有するものである。
<Prediction program for shape changes in press-molded products>
The first embodiment of the present invention can be configured as a program for predicting shape change of a press-molded product.
In other words, the shape change prediction program for a press-molded product according to
The shape change prediction program according to the first embodiment has a function to cause a computer to operate as a stress and
以上、本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測装置及びプログラムにおいては、スプリングバック直後のプレス成形品における全て又は一部に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得する。そして、取得した応力緩和量に基づいて、スプリングバック直後のプレス成形品に応力緩和後の残留応力を設定し、力が釣り合う形状を力学的計算により求める。これにより、実際のプレス成形品のスプリングバックした後の形状変化と合うようにスプリングバック直後の残留応力を緩和減少させる割合を適宜調整せずに、スプリングバックした後のプレス成形品の時間経過に伴う形状変化を精度良く予測することができる。 As described above, in the device and program for predicting shape changes in a press-formed product according to the first embodiment, a stress relaxation amount that reflects the stress-strain change history before and after springback is obtained for all or a part of the press-formed product immediately after springback. Then, based on the obtained stress relaxation amount, a residual stress after stress relaxation is set for the press-formed product immediately after springback, and a shape in which the forces are balanced is obtained by mechanical calculation. This makes it possible to accurately predict the shape change over time of a press-formed product after springback, without having to appropriately adjust the rate at which the residual stress immediately after springback is relaxed so as to match the shape change after springback of the actual press-formed product.
［実施の形態２］
＜プレス成形品の製造方法＞
本発明の実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後の時間経過に伴う応力緩和により変化するプレス成形品の形状が所定の範囲内となるようにプレス成形品を製造するものである。
そして、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法は、図１０に示すように、仮プレス成形条件設定ステップＳ１１と、応力緩和後形状取得ステップＳ１３と、形状判定ステップＳ１５と、を含む。
さらに、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法は、図１０に示すように、仮プレス成形条件変更ステップＳ１７と、繰り返しステップＳ１９と、プレス成形条件決定ステップＳ２１と、プレス成形ステップＳ２３と、を含む。
以下、これらの各ステップについて説明する。
[Embodiment 2]
<Method of manufacturing press-molded products>
The manufacturing method of a press-molded product according to embodiment 2 of the present invention manufactures a press-molded product so that the shape of the press-molded product, which changes due to stress relaxation over time after springing back at the moment of release from the mold, falls within a specified range.
As shown in FIG. 10, the method for manufacturing a press-molded product according to the second embodiment includes a provisional press-molding condition setting step S11, a post-stress-relaxation shape obtaining step S13, and a shape determination step S15.
Furthermore, the manufacturing method of a press-molded product according to the second embodiment includes a provisional press-molding condition changing step S17, a repeating step S19, a press-molding condition determining step S21, and a press molding step S23, as shown in FIG. 10.
Each of these steps will now be described.
≪仮プレス成形条件設定ステップ≫
仮プレス成形条件設定ステップＳ１１は、プレス成形品の仮のプレス成形条件を設定するステップである。
<Temporary press molding condition setting step>
The provisional press-molding condition setting step S11 is a step of setting provisional press-molding conditions for a press-molded product.
仮プレス成形条件設定ステップＳ１１において設定する仮のプレス成形条件としては、例えば前述した図２に示すような曲げ部３３を有する板材プレス曲げ成形品３１を対象とする場合、曲げ部３３の曲げＲ（ダイス肩半径）や曲げ角度が挙げられる。 The provisional press molding conditions set in the provisional press molding condition setting step S11 include, for example, the bending R (die shoulder radius) and bending angle of the bending portion 33 when the plate material press bending formed product 31 having the bending portion 33 as shown in FIG. 2 described above is targeted.
その他の仮のプレス成形条件としては、例えば、プレス成形品のプレス成形に用いる金型のパンチとダイスとのクリアランス等が挙げられる。また、ドローベンド方式（引張曲げ・曲げ伸ばし）でプレス成形品をプレス成形する場合には、ダイスのダイス肩半径、ダイスとパンチの側壁部（縦壁成形部）のクリアランス、ダイスとしわ押さえによるしわ押さえ力、等も挙げられる。 Other tentative press molding conditions include, for example, the clearance between the punch and die of the mold used to press mold the press-molded product. In addition, when press molding a press-molded product using the draw-bend method (tensile bending/bending and stretching), other conditions include the die shoulder radius of the die, the clearance between the side wall of the die and the punch (vertical wall molding part), and the wrinkle suppression force exerted by the die and the wrinkle suppressor.
≪応力緩和後形状取得ステップ≫
応力緩和後形状取得ステップＳ１３は、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品について、時間経過に伴う応力緩和により変化した応力緩和後の形状を求めるステップである。応力緩和後形状取得ステップＳ１３においては、仮プレス成形条件設定ステップＳ１１で設定された仮のプレス成形条件に基づいて、前述した実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、応力緩和後のプレス成形品の形状を求める。
<Post-stress relaxation shape acquisition step>
The post-stress-relaxation shape acquisition step S13 is a step for obtaining a post-stress-relaxation shape of the press-molded product that has changed due to stress relaxation over time after springback at the moment of release from the die. In the post-stress-relaxation shape acquisition step S13, the shape of the press-molded product after stress relaxation is obtained by the method for predicting shape change of the press-molded product according to the first embodiment described above, based on the provisional press-molding conditions set in the provisional press-molding condition setting step S11.
≪形状判定ステップ≫
形状判定ステップＳ１５は、応力緩和後形状取得ステップＳ１３において取得した応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲であるかを判定するステップである。
<Shape determination step>
The shape determination step S15 is a step for determining whether the shape of the press-molded product after stress relaxation acquired in the post-stress-relaxation shape acquisition step S13 is within a predetermined range that has been set in advance.
プレス成形品の形状に関する所定の範囲は、例えば、実部品で許容される寸法誤差に基づいて適宜設定するとよい。 The specified range for the shape of the press-molded product may be set appropriately based on, for example, the dimensional error allowable for the actual part.
≪仮プレス成形条件変更ステップ≫
仮プレス成形条件変更ステップＳ１７は、形状判定ステップＳ１５において応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した所定の範囲内ではないと判定された場合、仮のプレス成形条件を変更するステップである。
<Temporary press molding condition change step>
The provisional press-molding condition changing step S17 is a step of changing the provisional press-molding conditions if it is determined in the shape determination step S15 that the shape of the press-molded product after stress relaxation is not within a predetermined range.
前述したように、スプリングバックした後のプレス成形品の形状変化は、スプリングバック前後の応力変化量が応力緩和現象の駆動力であり、応力緩和による応力変化量を与える。そこで、応力緩和による形状変化を小さくするためには、金型から離型した瞬間に生じるスプリングバックの程度が小さくなるように仮のプレス成形条件を変更する。 As mentioned above, the change in shape of a press-formed product after springback is determined by the amount of stress change before and after springback, which is the driving force behind the stress relaxation phenomenon and gives the amount of stress change due to stress relaxation. Therefore, in order to reduce the change in shape due to stress relaxation, the temporary press-formed conditions are changed so that the degree of springback that occurs the moment the product is released from the die is reduced.
例えば、金属板を曲げ成形する場合（図２参照）や、ドローベンド方式（引張曲げ・曲げ伸ばし）によるプレス成形品の場合、ダイス肩半径やダイスとパンチの側壁部のクリアランスを小さくすることで曲げ部を引っ張り、曲げ部のひずみを相殺することができる。このように仮のプレス成形条件を変更することで、スプリングバックの程度を小さくすることが期待できる。
また、応力緩和による形状変化を見込み、曲げ部の曲げ角度を補正する等といった金型の形状を変更することで仮のプレス成形条件を変更してもよい。
For example, when bending a metal plate (see Figure 2) or when press-forming a product using the draw-bend method (tension bending/bending and stretching), the bent part can be pulled by reducing the die shoulder radius or the clearance between the die and the punch side wall, and the distortion of the bent part can be offset. By changing the temporary press-forming conditions in this way, it is expected that the degree of springback can be reduced.
In addition, tentative press molding conditions may be changed by changing the shape of the mold, for example by correcting the bending angle of the bent portion, in anticipation of changes in shape due to stress relaxation.
≪繰り返しステップ≫
繰り返しステップＳ１９は、仮プレス成形条件変更ステップＳ１７において変更した仮のプレス成形条件の下で、応力緩和後形状取得ステップＳ１３と、形状判定ステップＳ１５と、を繰り返し実行するステップである。
この繰り返しは、形状判定ステップＳ１５において応力緩和後のプレス成形品の形状が所定の範囲内であると判定されるまで実行する。そのため、仮のプレス成形条件を一回変更したのみでは応力緩和後のプレス成形品の形状が所定の範囲内であると判定されない場合には、仮プレス成形条件変更ステップＳ１７についても繰り返すことになる。
Repeat Step
The repeat step S19 is a step of repeatedly executing the post-stress-relaxation shape obtaining step S13 and the shape determining step S15 under the provisional press-molding conditions changed in the provisional press-molding condition changing step S17.
This repetition is performed until it is determined in the shape determination step S15 that the shape of the press-molded product after stress relaxation is within the predetermined range. Therefore, if it is not determined that the shape of the press-molded product after stress relaxation is within the predetermined range by changing the provisional press-molding conditions only once, the provisional press-molding condition change step S17 is also repeated.
≪プレス成形条件決定ステップ≫
プレス成形条件決定ステップＳ２１は、応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲内の場合、その場合の仮のプレス成形条件をプレス成形品のプレス成形条件として決定するステップである。
<Press molding condition determination step>
The press-molding condition determination step S21 is a step in which, if the shape of the press-molded product after stress relaxation is within a predetermined range, tentative press-molding conditions in that case are determined as the press-molding conditions for the press-molded product.
≪プレス成形ステップ≫
プレス成形ステップＳ２３は、プレス成形条件決定ステップＳ２１において決定したプレス成形条件で金属板をプレス成形品にプレス成形するステップである。
<Press molding step>
The press-forming step S23 is a step of press-forming the metal plate into a press-formed product under the press-forming conditions determined in the press-forming condition determination step S21.
以上、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法においては、本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法により予測されたプレス成形品の形状変化に基づいて、プレス成形に供する金型の形状を製造・調整する。そして、このように製造・調整された金型を用いてプレス成形品を製造することにより、高い寸法形状精度を有するプレス成形品の製造が可能となる。
さらに、本実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法においては、応力緩和による形状変化後のプレス成形品の形状を規定の寸法内に収めるように調整した実際の金型を用いてプレス成形を行うことにより、寸法精度の良好なプレス成形品の製造が可能となる。
As described above, in the manufacturing method of a press-molded product according to the second embodiment, the shape of a die to be used for press molding is manufactured and adjusted based on the shape change of the press-molded product predicted by the shape change prediction method of the press-molded product according to the first embodiment. Then, by manufacturing a press-molded product using the die manufactured and adjusted in this manner, it becomes possible to manufacture a press-molded product having high dimensional and shape accuracy.
Furthermore, in the manufacturing method of a press-molded product according to the second embodiment, press molding is performed using an actual mold that has been adjusted so that the shape of the press-molded product after shape change due to stress relaxation falls within specified dimensions, making it possible to manufacture press-molded products with good dimensional accuracy.
本発明の効果を確認する実験を行ったので、以下、これについて説明する。
実施例１では、図２に示すように、パンチ１３とダイス１５とを備えた金型１１を用いた金属板２１のＬ曲げ試験を対象とし、金型１１から離型してスプリングバックした後の板材プレス曲げ成形品３１の応力緩和による形状変化を予測した。さらに、実際のＬ曲げ試験によりプレス成形した板材プレス曲げ成形品３１のスプリングバック後の形状変化の測定し、予測結果と比較検証した。
An experiment was carried out to confirm the effects of the present invention, which will now be described.
In Example 1, as shown in Fig. 2, an L-bend test was performed on a metal sheet 21 using a die 11 equipped with a punch 13 and a die 15, and shape change due to stress relaxation of a sheet material press-bent product 31 after it was released from the die 11 and springback was predicted. Furthermore, shape change of the sheet material press-bent product 31 press-formed by the actual L-bend test after springback was measured and compared with the predicted results for verification.
実施例１におけるＬ曲げ試験では、金属板２１として、幅90mm、長さ120mm、板厚1.2mmの矩形状であり、表４に示す機械的特性を持ち、スプリングバック後の形状変化が大きい引張強度1180MPa級の超ハイテン鋼板を用いた。 In the L-bend test in Example 1, the metal plate 21 used was a rectangular plate with a width of 90 mm, a length of 120 mm, and a thickness of 1.2 mm, and was an ultra-high tensile steel plate with a tensile strength of 1180 MPa, which has the mechanical properties shown in Table 4 and exhibits a large change in shape after springback.
Ｌ曲げ試験では、まず、図２に示すように、（ａ）所定のダイス肩半径（8mm）のダイス肩部１５ａを有するダイス１５に金属板２１を載置し、（ｂ）パンチ１３をダイス１５側に押し下げた。これにより、ダイス肩部１５ａに沿って90°に金属板２１を曲げ加工し、曲げ部３３と縦壁部３５とを有する板材プレス曲げ成形品３１を曲げ成形した。
なお、Ｌ曲げ試験において、パンチ１３とダイス１５の成形下死点におけるクリアランスは金属板２１の板厚の25％（0.3mm）とした。
In the L-bend test, first, as shown in Fig. 2, (a) a metal sheet 21 was placed on a die 15 having a die shoulder 15a with a predetermined die shoulder radius (8 mm), and (b) a punch 13 was pressed down toward the die 15. As a result, the metal sheet 21 was bent at 90° along the die shoulder 15a, and a press-bent sheet product 31 having a bent portion 33 and a vertical wall portion 35 was bent.
In the L-bending test, the clearance between the punch 13 and the die 15 at the bottom dead center of forming was set to 25% (0.3 mm) of the thickness of the metal sheet 21.
次に、（ｃ）曲げ成形した後にパンチ１３を上昇させて除荷（離型）した。これにより、板材プレス曲げ成形品３１の曲げ部３３にスプリングバックが生じた。
その後、（ｄ）スプリングバックした後、板材プレス曲げ成形品３１の天板部３７をパッド１７で押さえた状態で板材プレス曲げ成形品３１を２日間放置した（図１１参照）。
Next, (c) after bending, the punch 13 was raised to remove the load (release from the mold), thereby causing springback in the bent portion 33 of the press-bent plate material 31.
Thereafter, (d) after spring back, the press-formed plate 31 was left for two days with the top plate portion 37 of the press-formed plate 31 pressed by the pad 17 (see FIG. 11).
板材プレス曲げ成形品３１を放置する過程においては、板材プレス曲げ成形品３１のスプリングバック直後からの応力緩和による形状変化の経時変化を測定した。板材プレス曲げ成形品３１の形状変化として、図１１に示すように、レーザー変位計５１を用いてレーザーを板材プレス曲げ成形品３１の縦壁部３５に照射し、縦壁部３５の変形量を測定した。
なお、図１１において、（Ａ）はスプリングバック直後、（Ｂ）はスプリングバックして時間経過した後、における板材プレス曲げ成形品３１の形状を模式的に示したものである。
During the process of leaving the plate press bent product 31, the change over time in shape due to stress relaxation immediately after the springback of the plate press bent product 31 was measured. As the change in shape of the plate press bent product 31, as shown in FIG. 11 , a laser displacement meter 51 was used to irradiate the vertical wall portion 35 of the plate press bent product 31 with a laser, and the amount of deformation of the vertical wall portion 35 was measured.
In FIG. 11, (A) is a schematic diagram showing the shape of the press-bent sheet metal product 31 immediately after springback, and (B) is a schematic diagram showing the shape of the press-bent sheet metal product 31 after some time has elapsed since springback.
続いて、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、板材プレス曲げ成形品３１の形状変化を予測する解析を行った（発明例１）。
解析では、図１２に示すように、金型モデル６１と板材プレス曲げ成形品モデル６３を用いた。
金型モデル６１は、図２に示すＬ曲げ試験に用いる金型１１（パンチ１３とダイス１５）をモデル化したものである。
一方、板材プレス曲げ成形品モデル６３は、厚さ方向に均等に分割した７層を有する２次元ソリッド平面ひずみ要素によりモデル化したものであり、硬化モデルには等方硬化モデルを適用した。
Next, an analysis was performed to predict the shape change of a press-formed sheet metal product 31 using the method for predicting the shape change of a press-formed product according to the present invention (Invention Example 1).
In the analysis, as shown in FIG. 12, a die model 61 and a plate material press-bent product model 63 were used.
The die model 61 is a model of the die 11 (punch 13 and die 15) used in the L-bend test shown in FIG.
On the other hand, the plate material press bending product model 63 is modeled by two-dimensional solid plane strain elements having seven layers equally divided in the thickness direction, and an isotropic hardening model is applied as the hardening model.
解析においては、まず、金属板を成形下死点まで曲げ成形するプレス成形解析を行った。そして、プレス成形解析により、成形下死点における板材プレス曲げ成形品モデル６３の形状と応力及びひずみを求めた。図１３に、成形下死点の板材プレス曲げ成形品モデル６３における曲げ部６５の厚み方向における各部位の応力を示す（図１３中の△印）。図１３において、縦軸は、板厚の中心を0、曲げ外側の表面を+1、曲げ内側の表面を-1とするように、厚さ方向における各層の位置を規格化したものである。 In the analysis, first, a press forming analysis was performed to bend the metal plate to the bottom dead point of forming. Then, the shape, stress, and strain of the plate press bent product model 63 at the bottom dead point of forming were obtained by the press forming analysis. Figure 13 shows the stress at each location in the thickness direction of the bent part 65 in the plate press bent product model 63 at the bottom dead point of forming (indicated by △ in Figure 13). In Figure 13, the vertical axis normalizes the position of each layer in the thickness direction so that the center of the plate thickness is 0, the surface on the outer side of the bend is +1, and the surface on the inner side of the bend is -1.
次に、スプリングバック解析を行い、成形下死点における板材プレス曲げ成形品モデル６３を金型モデル６１から離型した直後の板材プレス曲げ成形品モデル６３の形状と残留応力及びひずみを求めた。図１３に、スプリングバック直後の板材プレス曲げ成形品モデル６３における曲げ部６５の厚み方向における各部位の応力を示す（図１３中の〇印）。 Next, a springback analysis was performed to determine the shape, residual stress, and strain of the press-bent sheet metal product model 63 immediately after it was released from the die model 61 at the bottom dead center of forming. Figure 13 shows the stress at each location in the thickness direction of the bent portion 65 in the press-bent sheet metal product model 63 immediately after springback (circles in Figure 13).
さらに、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５における１層目から７層目の厚さ方向の部位毎に、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験を実施し、応力緩和による応力変化を測定した。 Furthermore, a stress relaxation test was conducted to reproduce the stress-strain change history before and after springback for each thickness direction portion of the first to seventh layers in the bent portion 65 of the plate press bent product model 63, and the stress change due to stress relaxation was measured.
図１４に、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５における１層目から７層目の厚さ方向の各部位についての応力緩和試験により測定した応力－ひずみ変更履歴の測定結果を示す。
また、図１５に、応力緩和による応力変化の一例として、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の１層目から７層目における真応力の経時変化の測定結果を示す。
そして、図１４及び図１５に示す結果に基づいて、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の各部位（１層目～７層目）における応力緩和量を求めた。
FIG. 14 shows the results of measuring the stress-strain change history measured by a stress relaxation test for each portion in the thickness direction of the first to seventh layers in the bent portion 65 of the plate press bent product model 63.
FIG. 15 shows the measurement results of the change over time in true stress in the first to seventh layers of a bent portion 65 of a plate press bent product model 63, as an example of stress change due to stress relaxation.
Then, based on the results shown in FIG. 14 and FIG. 15, the amount of stress relaxation in each portion (first layer to seventh layer) of the bent portion 65 of the plate material press-bent product model 63 was obtained.
次に、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の各部位（１層目～７層目）について求めた応力緩和量をスプリングバック直後の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定した。 Next, the amount of stress relaxation determined for each portion (1st to 7th layers) of the bent portion 65 of the plate material press-bent product model 63 was added to the value of the residual stress immediately after springback to set the residual stress after stress relaxation.
表５に、板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５における厚み方向の各部位の応力（成形下死点、スプリングバック直後）を示す。さらに、表５に、応力緩和試験により求めた応力緩和量と、スプリングバック直後の残留応力に応力緩和量を加算して設定した応力緩和後の残留応力を示す。
また、図１６に、図１３に示したスプリングバック直後の板材プレス曲げ成形品モデル６３における曲げ部６５の厚み方向における各部位の残留応力に、応力緩和試験により求めた応力緩和量を加算した応力分布を示す（図１６中の●印）。図１６において、縦軸は、前述した図１３の縦軸と同様に、厚さ方向における各層の位置を規格化したものである。
Table 5 shows the stress (bottom dead center of forming, immediately after springback) at each location in the thickness direction in the bent portion 65 of the plate press bending formed product model 63. Furthermore, Table 5 shows the stress relaxation amount obtained by the stress relaxation test and the residual stress after stress relaxation that was set by adding the stress relaxation amount to the residual stress immediately after springback.
Fig. 16 shows a stress distribution (indicated by ● in Fig. 16) in which the residual stress at each location in the thickness direction of the bent portion 65 in the plate press bent product model 63 immediately after springback shown in Fig. 13 has been added to the stress relaxation amount determined by the stress relaxation test. In Fig. 16, the vertical axis is the normalized position of each layer in the thickness direction, similar to the vertical axis in Fig. 13 described above.
表５に示すように、例えば、曲げ外側の１層目のスプリングバック直後の残留応力は-354MPa、応力緩和量は+45MPaであるので、応力緩和後の残留応力は-354MPaに+45MPaを加算した-309MPaとなる。 As shown in Table 5, for example, the residual stress immediately after springback of the first layer on the outside of the bend is -354 MPa, and the amount of stress relaxation is +45 MPa, so the residual stress after stress relaxation is -309 MPa, which is -354 MPa plus +45 MPa.
そして、１層目から７層目の厚さ方向の各部位に応力緩和後の残留応力の値を設定した板材プレス曲げ成形品モデル６３について、力のモーメントが釣り合う形状を求める力学的計算を行った。さらに、力学的計算により求めた板材プレス曲げ成形品モデル６３の形状から、板材プレス曲げ成形品３１の縦壁部３５の形状変化を予測した。 Then, mechanical calculations were performed to obtain a shape in which the force moment is balanced for the plate press bent product model 63, in which the residual stress value after stress relaxation was set for each part in the thickness direction of the first to seventh layers. Furthermore, the shape change of the vertical wall portion 35 of the plate press bent product 31 was predicted from the shape of the plate press bent product model 63 obtained by mechanical calculation.
図１７に、スプリングバック直後からの応力緩和による板材プレス曲げ成形品３１の縦壁部３５の形状変化の予測結果と、実際にプレス成形した板材プレス曲げ成形品３１の縦壁部３５の変形量の測定結果を示す。 Figure 17 shows the predicted results of the shape change of the vertical wall portion 35 of the press-bent plate material product 31 due to stress relaxation immediately after springback, and the measurement results of the deformation amount of the vertical wall portion 35 of the press-bent plate material product 31 that was actually press-formed.
図１７に示すように、応力緩和による変形量の予測結果と測定結果の経時変化の傾向は良く一致している。また、応力緩和の変形量xは、測定値0.75mmに対し予測値0.71mm（予測精度95%）であるが、両者の差0.04mmは一般的にプレス成形品に求められる寸法精度（±0.5mm以内）よりも小さい結果であった。 As shown in Figure 17, the predicted deformation amount due to stress relaxation and the measured deformation amount over time show good agreement. The predicted deformation amount x due to stress relaxation was 0.71 mm (prediction accuracy 95%) compared to the measured value of 0.75 mm, but the difference between the two, 0.04 mm, was smaller than the dimensional accuracy (within ±0.5 mm) generally required for press-molded products.
以上の結果から、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法により予測したプレス成形品の形状変化は、実用上十分な精度を有することが示された。 The above results show that the shape change of a press-molded product predicted by the shape change prediction method of the press-molded product according to the present invention has sufficient accuracy for practical use.
実施例２では、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法において、実施例１とは異なる方法により応力緩和後の残留応力を設定してスプリングバック後のプレス成形品の形状変化を予測した。 In Example 2, in the method for predicting shape changes in a press-formed product according to the present invention, the residual stress after stress relaxation was set using a method different from that used in Example 1 to predict the shape changes in the press-formed product after springback.
実施例２においては、実施例１で対象とした板材プレス曲げ成形品モデル６３の曲げ部６５の厚さ方向各部位における応力緩和量として、厚さ方向各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて得られた値を設定した。ここで、板材プレス曲げ成形品３１は鋼板をプレス成形したものであることから、応力緩和量の算出に用いる所定の値aは、図７に示した結果から、a=0.025とした（発明例２）。 In Example 2, the stress relaxation amount in each part in the thickness direction of the bent portion 65 of the plate material press bent product model 63 used in Example 1 was set to a value obtained by multiplying the stress change amount before and after springback in each part in the thickness direction by a predetermined value a. Here, since the plate material press bent product 31 is a steel plate that has been press-formed, the predetermined value a used to calculate the stress relaxation amount was set to a = 0.025 based on the results shown in Figure 7 (Invention Example 2).
また、比較対象として、前述した特許文献４に開示された方法に従って、スプリングバック後の残留応力よりも所定の割合（一律15%）を緩和し減少させた残留応力の値を設定し、発明例２と比較検討した（従来例）。 In addition, for comparison, a residual stress value was set that was relaxed and reduced by a specified percentage (uniformly 15%) from the residual stress after springback according to the method disclosed in the aforementioned Patent Document 4, and compared with Example 2 of the invention (conventional example).
ここで、従来例においては、板材プレス曲げ成形品モデル６３において応力緩和量を反映する曲げ部６５の厚み方向の部位を変更した。
従来例１は曲げ部６５における厚み方向の１層目～７層目の全ての部位について、従来例２は曲げ外側の３層（１層目～３層目）の部位について、従来例３は曲げ外側の最外層のみ（１層目）の部位について、残留応力を緩和し減少させたものである。
In the conventional example, the location in the thickness direction of the bent portion 65 that reflects the amount of stress relaxation in the plate press bent product model 63 is changed.
In conventional example 1, the residual stress is alleviated and reduced in all regions of the first to seventh layers in the thickness direction of the bent portion 65, in conventional example 2, in the region of the three layers (first to third layers) on the outside of the bend, and in conventional example 3, in the region of only the outermost layer (first layer) on the outside of the bend.
表６に、発明例２における厚み方向各部位の応力（成形下死点、スプリングバック直後）、応力変化（＝（成形下死点の応力）－（スプリングバック直後の残留応力））、応力緩和量（＝0.025×応力変化）、及び、応力緩和後の残留応力を示す。 Table 6 shows the stress (bottom dead point of forming, immediately after springback) at each location in the thickness direction in Example 2, the stress change (= (stress at bottom dead point of forming) - (residual stress immediately after springback)), the amount of stress relaxation (= 0.025 x stress change), and the residual stress after stress relaxation.
図１８に、応力緩和後の形状変化による変形量x（スプリングバック直後から２日間経過後の応力緩和後の形状に相当）の測定値と予測結果（発明例２及び従来例）を示す。
実際に曲げ成形した板材プレス曲げ成形品３１における応力緩和による縦壁部３５の変形量は、前述したように、0.75mmであった。
発明例２の変形量は0.74mmであり、実際に測定した変形量との差分が0.01mm（1.3%）であった。
これに対し、従来例１、従来例２及び従来例３における変形量は、それぞれ、0.11mm、0.13mm及び0.48mmであり、発明例２に比べて実際に測定した変形量との差が大きい結果であった。
この結果から、本発明に係る方法は、スプリングバック後の形状変化について良好な予測精度を示し、従来例と比べて改善した。
FIG. 18 shows the measured and predicted results (Example 2 of the invention and the conventional example) of the deformation amount x due to the shape change after stress relaxation (corresponding to the shape after stress relaxation two days after immediately after springback).
The deformation amount of the vertical wall portion 35 due to stress relaxation in the press-bent plate material product 31 that was actually bent was 0.75 mm, as described above.
The deformation amount of Example 2 was 0.74 mm, and the difference from the actually measured deformation amount was 0.01 mm (1.3%).
In contrast, the deformation amounts in Conventional Examples 1, 2 and 3 were 0.11 mm, 0.13 mm and 0.48 mm, respectively, and the difference from the actually measured deformation amount was larger than in Invention Example 2.
From these results, the method according to the present invention showed good prediction accuracy for the shape change after springback, and was an improvement over the conventional method.
図１９に、発明例２と従来例１の応力緩和後の残留応力の厚さ方向の分布を示す。図１９において、縦軸は、前述した図１３の縦軸と同様に、厚さ方向における各層の位置を規格化したものである。 Figure 19 shows the distribution of residual stress in the thickness direction after stress relaxation for Example 2 of the invention and Conventional Example 1. In Figure 19, the vertical axis normalizes the position of each layer in the thickness direction, similar to the vertical axis in Figure 13 described above.
発明例２は、表５でも示したように、曲げ外側と曲げ内側の最外層（１層目、７層目）の応力緩和量の大きさが大きく、厚さ方向の中央に向かうに従って応力緩和量が小さい。これにより、スプリングバック直後の残留応力を成形下死点の残留応力に近づける方向に応力緩和していることが分かる。 As shown in Table 5, in Example 2, the amount of stress relaxation is large in the outermost layers (first and seventh layers) on the outside and inside of the bend, and the amount of stress relaxation decreases toward the center in the thickness direction. This shows that stress relaxation is occurring in a direction that brings the residual stress immediately after springback closer to the residual stress at the bottom dead center of forming.
これに対し、従来例１は、３層目と５層目（最外層より板厚の約1/4の部位）の応力緩和量が大きく、応力が緩和している方向も発明例２とは逆であり、前述した図３に示した応力緩和試験の結果とも異なる。そのため、実際のプレス成形品のスプリングバックした直後の形状変化と合うように、プレス成形品における部位ごとに残留応力の緩和減少させる割合を調整する必要であることがわかる。 In contrast, Conventional Example 1 has a large amount of stress relaxation in the third and fifth layers (areas that are approximately 1/4 of the plate thickness from the outermost layer), and the direction in which the stress is relaxed is opposite to that of Invention Example 2, and also differs from the results of the stress relaxation test shown in Figure 3 above. Therefore, it is clear that it is necessary to adjust the rate at which the residual stress is relaxed and reduced for each area of the press-formed product so as to match the shape change immediately after springback of the actual press-formed product.
以上より、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、スプリングバックした後の時間経過に伴う応力緩和によるプレス成形品の形状変化を精度良く予測できることが示された。 The above shows that the shape change prediction method for press-formed products according to the present invention can accurately predict the shape change of press-formed products due to stress relaxation over time after springback.
実施例３では、実施例１及び実施例２とは異なるプレス成形品を対象として、実施例２と同様、応力緩和後の残留応力を設定してスプリングバック後のプレス成形品の形状変化を予測した。 In Example 3, a press-formed product different from those in Examples 1 and 2 was used, and the residual stress after stress relaxation was set in the same way as in Example 2 to predict the shape change of the press-formed product after springback.
実施例３において対象としたプレス成形品は、図２０に示すように、平面視で略Ｔ字型の張り出し部７３を有する自動車車体のＢピラー部品７１である。Ｂピラー部品７１は、断面ハット形状であり（図２０（ｃ）参照）、長手方向に沿って上向きに凸状に反っている（図２０（ｂ）参照）。なお、図２０において、X方向はＢピラー部品７１の長手方向、Y方向はＢピラー部品７１の短手方向、Z方向はＢピラー部品７１の水平面に対する垂直方向、である（後述する図２１においても同様）。 The press-molded product targeted in Example 3 is a B-pillar part 71 of an automobile body having a protruding portion 73 that is approximately T-shaped in plan view, as shown in Figure 20. The B-pillar part 71 has a hat-shaped cross section (see Figure 20(c)) and is warped upward in a convex shape along the longitudinal direction (see Figure 20(b)). In Figure 20, the X direction is the longitudinal direction of the B-pillar part 71, the Y direction is the lateral direction of the B-pillar part 71, and the Z direction is the perpendicular direction to the horizontal plane of the B-pillar part 71 (this also applies to Figure 21 described later).
実施例３では、1180MPa級の鋼板を用いてＢピラー部品７１のプレス成形試験（ドロー成形）を行い、その後、三次元形状測定機で一定時間ごとに形状測定を継続的に実施した。 In Example 3, a press forming test (draw forming) was performed on a B-pillar part 71 using a 1180 MPa-class steel plate, and then shape measurements were continuously performed at regular intervals using a three-dimensional shape measuring machine.
Ｂピラー部品７１におけるスプリングバックによる変形は、断面の口開き変形（開き）、反り変形（反り）及び断面のフランジ部の浮上がり（ハネ）に大きく分類できる。そこで、スプリングバック後の時間経過に伴う形状変化についても、図２０に示す各特定部位について、開き、反り及びハネのそれぞれを評価対象とした。 Deformation caused by springback in the B-pillar part 71 can be broadly classified into cross-sectional opening deformation (opening), warping deformation (warping), and the rising of the flange part of the cross section (flip). Therefore, the shape change over time after springback was also evaluated for opening, warping, and flipping for each specific part shown in Figure 20.
断面の口開き変形については、図２０（ｃ）に示すように、Ｂ－Ｂ’断面における口開き変形（開きＢ）と、及びＣ－Ｃ’断面における口開き変形（開きＣ）を評価対象した。
反り変形については、図２０（ａ）に示すように、天板部７５におけるＢ－Ｂ’断面とＤ－Ｄ’断面の交差位置Ｄ１における反り変形（反りＤ）を評価対象した。
断面のフランジ部の浮上がりに関しては、図２０（ｃ）に示すように、Ｃ－Ｃ’断面におけるフランジ部７７の浮き上がり変形（ハネＣ）を評価対象とした。
そして、Ｂピラー部品７１を金型から離型して４分経過後より、離型後経過時間と、開きＢ、開きＣ、反りＤ及びハネＣと、の関係を測定した。
Regarding the cross-sectional opening deformation, as shown in FIG. 20(c), the opening deformation in the BB' cross section (opening B) and the opening deformation in the CC' cross section (opening C) were evaluated.
Regarding the warpage deformation, as shown in FIG. 20A, the warpage deformation (warpage D) at the intersection position D1 of the BB' cross section and the DD' cross section in the top plate portion 75 was evaluated.
Regarding the floating of the flange portion in the cross section, as shown in FIG. 20(c), the floating deformation (flap C) of the flange portion 77 in the CC' cross section was evaluated.
Then, starting four minutes after the B-pillar part 71 was released from the mold, the relationship between the time elapsed after release and the opening B, the opening C, the warpage D and the flapping C was measured.
続いて、スプリングバック後のＢピラー部品７１の形状変化を以下の手順により予測した（発明例３）。 Next, the shape change of the B-pillar part 71 after springback was predicted using the following procedure (Example 3).
まず、図２０に示すＢピラー部品７１をプレス成形する過程の有限要素法を用いたプレス成形解析を行い、Ｂピラー部品７１を有限要素法解析モデル化したＢピラーモデル８１の成形下死点における応力及びひずみを取得した。 First, a press forming analysis was performed using the finite element method on the process of press forming the B-pillar part 71 shown in FIG. 20, and the stress and strain at the bottom dead center of the forming of the B-pillar model 81, which is a finite element method analysis model of the B-pillar part 71, was obtained.
次に、金型モデルから離型したＢピラーモデル８１がスプリングバックする過程の有限要素法を用いたスプリングバック解析を行い、スプリングバック直後のＢピラーモデル８１の残留応力及びひずみを取得した。 Next, a springback analysis was performed using the finite element method to analyze the springback process of the B-pillar model 81 after it was released from the mold model, and the residual stress and strain of the B-pillar model 81 immediately after springback were obtained.
続いて、Ｂピラーモデル８１の厚さ方向各部位における応力緩和量として、厚さ方向各部位におけるスプリングバック前後の応力変化量に所定の値aを乗じて得られた値を設定した。ここで、Ｂピラーモデル８１は鋼板をプレス成形したものであることから、応力緩和量の算出に用いる所定の値aは、前述した図７に示した結果から、a=0.025とした。 Then, the stress relaxation amount at each part in the thickness direction of the B-pillar model 81 was set to a value obtained by multiplying the stress change amount before and after springback at each part in the thickness direction by a predetermined value a. Here, since the B-pillar model 81 is a press-formed steel plate, the predetermined value a used to calculate the stress relaxation amount was set to a = 0.025 based on the results shown in Figure 7 above.
そして、応力緩和量を設定したＢピラーモデル８１について力のモーメントが釣り合う形状を求める力学的計算を行い、時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測した。 Then, mechanical calculations were performed to determine the shape in which the force moment is balanced for the B-pillar model 81 with the stress relaxation amount set, and the change in shape due to stress relaxation over time was predicted.
Ｂピラーモデル８１の時間経過に伴う応力緩和による形状変化の予測結果についても、実際にプレス成形したＢピラー部品７１と同様、開きＢ及び開きＣ、反りＤ及びハネＣを評価対象とした。 The predicted results of shape changes due to stress relaxation over time for the B-pillar model 81 were evaluated in the same way as for the actual press-formed B-pillar part 71, with opening B, opening C, warping D, and flapping C being the evaluation targets.
図２１に、Ｂピラーモデル８１の時間経過に伴う応力緩和による形状変化を予測した結果を示す。なお、図２１（ａ）はZ方向（Ｂピラーモデル８１の水平面に対する垂直方向）の変形量、図２１（ｂ）はY方向（Ｂピラーモデル８１の短手方向）の変形量、図２１（ｃ）はＢピラーモデル８１の各要素のスプリングバック直後からの移動距離（変位量）を示す。 Figure 21 shows the predicted shape change due to stress relaxation over time for the B-pillar model 81. Note that Figure 21(a) shows the amount of deformation in the Z direction (the direction perpendicular to the horizontal plane of the B-pillar model 81), Figure 21(b) shows the amount of deformation in the Y direction (the short side direction of the B-pillar model 81), and Figure 21(c) shows the movement distance (displacement) of each element of the B-pillar model 81 immediately after springback.
Ｂピラーモデル８１の時間経過に伴う応力緩和による変化量は、平面視で略Ｔ字形状の長辺側（Ｂ－Ｂ’とＣ－Ｃ’の間）で大きい結果であった。これは、該当領域の天板部８３（図２１（ａ）における破線丸枠内）はZ方向に落ち込み、天板部８３からフランジ部８５（図２１（ｂ）の破線丸枠内）においてはY方向に広がる形状変化が生じているためである。 The amount of change in the B-pillar model 81 due to stress relaxation over time was found to be greater on the long side of the roughly T-shape in plan view (between B-B' and C-C'). This is because the top plate portion 83 in that area (within the dotted circle in Figure 21(a)) drops in the Z direction, and a change in shape occurs that spreads in the Y direction from the top plate portion 83 to the flange portion 85 (within the dotted circle in Figure 21(b)).
図２２に、評価対象とする特定部位（開きＢ、開きＣ、反りＤ、ハネＣ）の応力緩和後の形状変化による変形量（スプリングバック直後から２日間経過後の応力緩和後の形状に相当）の測定結果と予測結果（発明例３）を示す。開きＢ、開きＣ、反りＤ、ハネＣの予測結果はいずれも測定結果に対する誤差が±0.05mm以内であり、測定結果と良好に一致した。 Figure 22 shows the measurement results and prediction results (Example 3) of the deformation amount due to the shape change after stress relaxation of the specific parts to be evaluated (opening B, opening C, warping D, and flaring C) (corresponding to the shape after stress relaxation two days after immediately after springback). The predicted results for opening B, opening C, warping D, and flaring C all had an error of within ±0.05 mm compared to the measurement results, and were in good agreement with the measurement results.
以上より、本発明に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、自動車車体のＢピラー部品をプレス成形品とする場合でも、スプリングバックした後の時間経過に伴う応力緩和によるプレス成形品の形状変化を精度良く予測できることが示された。 The above shows that the method for predicting shape changes in press-formed products according to the present invention can accurately predict the shape changes in press-formed products due to stress relaxation over time after springback, even when the press-formed products are B-pillar parts of an automobile body.
実施例４では、本発明に係るプレス成形品の製造方法により、図２に示した板材プレス曲げ成形品３１を製造し、その寸法精度を検証した。
実施例４においては、前述した実施例１及び実施例２と同様に、金属板として、幅90mm、長さ130mm、板厚1.2mmの矩形状であり、表４の機械的特性を持ち、スプリングバック後の形状変化の大きい引張強度1180MPa級の超ハイテン鋼板を用いた。
In Example 4, the press-bent plate product 31 shown in FIG. 2 was manufactured by the method for manufacturing a press-formed product according to the present invention, and its dimensional accuracy was verified.
In Example 4, similarly to the above-described Examples 1 and 2, an ultra-high tensile steel plate having a rectangular shape with a width of 90 mm, a length of 130 mm and a thickness of 1.2 mm, the mechanical properties of which are shown in Table 4, and a tensile strength of 1180 MPa class which exhibits a large change in shape after springback was used as the metal plate.
そして、図２に示したように、まず、（ａ）所定のダイス肩半径(6mm)のダイス肩部１５ａを有するダイス１５に金属板２１を載置した。そして、(ｂ)パンチ１３を押し下げることにより、ダイス肩部１５ａに沿って曲げ部３３の曲げ角度の目標を75°（水平方向に対する鋭角側の角度）、縦壁部の長さを100mmとし、金属板２１を板材プレス曲げ成形品３１に曲げ成形した。 As shown in FIG. 2, first, (a) the metal plate 21 was placed on the die 15 having a die shoulder 15a with a specified die shoulder radius (6 mm). Then, (b) the punch 13 was pressed down to bend the metal plate 21 into the press-bent plate product 31 along the die shoulder 15a, with the target bending angle of the bent portion 33 set to 75° (the acute angle relative to the horizontal direction) and the length of the vertical wall portion set to 100 mm.
ここで、板材プレス曲げ成形品３１の目標寸法精度（予め設定した所定の範囲）を、±0.50mm以内とした。 Here, the target dimensional accuracy (predetermined range) of the plate press bent product 31 was set to within ±0.50 mm.
板材プレス曲げ成形品３１の仮のプレス成形条件として、曲げ部３３の曲げ角度は、スプリングバック量18mmの見込み補正を考慮して金型１１（ダイス１５及びパンチ１３）を準備し、曲げ部３３の曲げ角度を85.5°とした。そして、ダイス肩半径を6mm、パンチ１３とダイス１５のクリアランス(間隙)を板厚と同じ1.2mmとした。 As tentative press forming conditions for the plate press-bent product 31, the mold 11 (die 15 and punch 13) was prepared with an estimated correction of 18 mm of springback taken into account, and the bending angle of the bent portion 33 was set to 85.5°. The die shoulder radius was set to 6 mm, and the clearance (gap) between the punch 13 and die 15 was set to 1.2 mm, the same as the plate thickness.
続いて、実施例１と同様に、本実施の形態１に係るプレス成形品の形状変化予測方法により、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後の応力緩和による板材プレス曲げ成形品３１の形状変化を予測した。板材プレス曲げ成形品３１の縦壁部３５の変形量の予測結果は+0.64mmであった。
Next, similarly to Example 1, the shape change prediction method for press-formed products according to the
この予測結果は、目標寸法精度±0.50mmの範囲を外れてると判定された。 This prediction result was determined to be outside the target dimensional accuracy range of ±0.50 mm.
そこで、応力緩和後のプレス成形品の形状が、目標寸法精度を満たすように、仮のプレス成形条件である曲げ部３３の曲げ角度を、応力緩和による形状変化(＋0.64mm)も見込み、85.8°に変更した。 Therefore, in order to ensure that the shape of the press-formed product after stress relaxation meets the target dimensional accuracy, the bending angle of bent portion 33, which is a tentative press-forming condition, was changed to 85.8°, taking into account the change in shape due to stress relaxation (+0.64 mm).
そして、曲げ部３３の曲げ角度85.8°とし、他のプレス成形条件（ダイス肩R半径、パンチとダイのクリアランス）は同一とする仮のプレス成形条件に変更した。 Then, the bending angle of the bent portion 33 was set to 85.8°, and the other press forming conditions (die shoulder radius, punch and die clearance) were changed to the same tentative press forming conditions.
次に、変更した仮のプレス成形条件にて、幅90mm、長さ130mm、板厚1.2mmの1180MPa級鋼板をブランクとして、曲げ部３３の曲げ角度を85.8°として実際にＬ曲げ試験を実施し、板材プレス曲げ成形品３１をプレス成形した（発明例４）。 Next, under the changed tentative press forming conditions, an actual L-bend test was carried out using a blank 1180 MPa steel plate measuring 90 mm in width, 130 mm in length and 1.2 mm in thickness, with the bending angle of the bent portion 33 set to 85.8°, and a plate press-bent product 31 was press-formed (Example 4).
さらに、比較対象として、曲げ部３３の曲げ角度を85.3°の金型を用いたＬ曲げ試験も実施し、板材プレス曲げ成形品３１をプレス成形した（比較例）。
そして、発明例４及び比較例において、それぞれ、金型から離型してスプリングバックした後、２日間放置し、縦壁部３５の変形量を測定した。
Furthermore, for comparison, an L-bending test was also carried out using a die with a bending angle of 85.3° for the bent portion 33, and a plate press-bent product 31 was press-formed (Comparative Example).
In the fourth example and the comparative example, the molded product was released from the die and allowed to spring back. After that, the molded product was left for two days, and the deformation amount of the vertical wall portion 35 was measured.
発明例４では、縦壁部３５の目標形状からの偏差は0.02mmであり、目標寸法精度（±0.50mm）の範囲内であった。
これに対し、比較例では、縦壁部３５の目標形状からの偏差は+0.62mmであり、目標寸法精度（±0.50mm）の範囲外であった。
In Example 4, the deviation of the vertical wall portion 35 from the target shape was 0.02 mm, which was within the range of the target dimensional accuracy (±0.50 mm).
In contrast, in the comparative example, the deviation of the vertical wall portion 35 from the target shape was +0.62 mm, which was outside the range of the target dimensional accuracy (±0.50 mm).
これより、本発明の実施の形態２に係るプレス成形品の製造方法により、寸法精度の良好なプレス成形品を製造できることが示された。 This shows that the method for manufacturing press-molded products according to embodiment 2 of the present invention makes it possible to manufacture press-molded products with good dimensional accuracy.
１ 形状変化予測装置
３ 成形下死点の応力及びひずみ取得部
５ スプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部
７ 応力緩和後の残留応力設定部
９ 応力緩和後の形状解析部
１１ 金型
１３ パンチ
１５ ダイス
１５ａ ダイス肩部
１７ パッド
２１ 金属板
３１ 板材プレス曲げ成形品
３３ 曲げ部
３５ 縦壁部
３７ 天板部
４１ 試験片
４３ 保持部
５１ レーザー変位計
６１ 金型モデル
６３ 板材プレス曲げ成形品モデル
６５ 曲げ部
７１ Ｂピラー部品
７３ 張り出し部
７５ 天板部
７７ フランジ部
８１ Ｂピラーモデル
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得ステップと、
前記金型から離型した前記プレス成形品がスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得ステップと、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量をスプリングバックした直後の前記プレス成形品における前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定ステップと、
前記応力緩和後の残留応力を設定した前記プレス成形品について力のモーメントが釣り合う形状を力学的計算により求める応力緩和後の形状解析ステップと、を含むことを特徴とするプレス成形品の形状変化予測方法。 A method for predicting a shape change of a press-formed product due to stress relaxation over time after springback at the moment of release from a die, comprising:
A forming bottom dead point stress and strain acquisition step of performing a mechanical calculation of a process of press-forming a metal plate into the press-formed product using the die, and acquiring stress and strain of the press-formed product at the forming bottom dead point;
A residual stress and strain acquisition step immediately after springback, which performs a mechanical calculation of the process of springback of the press-formed product released from the die, and acquires the residual stress and strain of the press-formed product immediately after springback;
A residual stress setting step of acquiring a stress relaxation amount reflecting a stress-strain change history before and after springback for all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, adding the acquired stress relaxation amount to the residual stress value of all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, and setting the residual stress after stress relaxation;
and a post-stress relaxation shape analysis step of determining, by mechanical calculation, a shape in which the force moment is balanced for the press-molded product in which the residual stress after the stress relaxation has been set.
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験又は圧縮除荷引張後保持試験のうち１つもしくは複数を組み合わせて、前記プレス成形品がスプリングバックする過程における該プレス成形品の全て又は一部の部位における応力－ひずみ変更履歴を再現する応力緩和試験を行い、該応力緩和試験における前記金属板の応力緩和による応力変化を測定し、該測定した応力変化に基づいて該プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量を取得する、ことを特徴とする請求項１記載のプレス成形品の形状変化予測方法。 In the step of setting the residual stress after the stress relaxation,
A stress relaxation test is performed to reproduce the stress-strain change history in all or some parts of the press-formed product during the springback process of the press-formed product by combining one or more of the following tests for the metal plate: a post-tensile hold test, a post-tensile unloading hold test, a post-compression hold test, a post-compression hold test, or a post-compression unloading hold test. The method for predicting shape change of a press-formed product according to claim 1, further comprising measuring a stress change due to stress relaxation of the metal plate in the stress relaxation test, and acquiring the amount of stress relaxation in all or some parts of the press-formed product based on the measured stress change.
前記プレス成形品の全て又は一部の部位について、成形下死点におけるスプリングバック前の応力σpとスプリングバック直後の応力σqとの差Δσsb＝σp－σqを応力変化量として算出し、該算出した応力変化量Δσsbに予め定めた所定の値aを乗じて得られた値を前記プレス成形品の全て又は一部の各部位における前記応力緩和量として取得する、ことを特徴とする請求項１記載のプレス成形品の形状変化予測方法。 In the step of setting the residual stress after the stress relaxation,
The shape change prediction method of the press-formed product according to claim 1, characterized in that for all or some of the portions of the press-formed product, the difference Δσsb = σp - σq between the stress before springback at the bottom dead center of forming and the stress σq immediately after springback is calculated as the stress change amount, and the calculated stress change amount Δσsb is multiplied by a predetermined value a to obtain the value as the stress relaxation amount in all or some of the portions of the press-formed product.
前記金属板の引張後保持試験、引張除荷後保持試験、圧縮後保持試験、圧縮除荷後保持試験、引張除荷圧縮後保持試験、圧縮除荷引張後保持試験のうち、１つもしくは複数を組み合わせた応力緩和試験を行い、前記金属板を保持する直前の引張過程又は圧縮過程における応力変化量Δσ1と、前記金属板の保持過程における応力緩和による応力変化量Δσ2と、を測定し、Δσ1とΔσ2との比Δσ2／Δσ1を前記所定の値aとすることを特徴とする請求項３記載のプレス成形品の形状変化予測方法。 In the step of setting the residual stress after the stress relaxation,
The method for predicting a shape change of a press-formed product according to claim 3, characterized in that a stress relaxation test is performed by performing one or a combination of a post-tensile holding test, a post-compression holding test, a post-compression holding test, a post-tensile-unloading-compression holding test, and a post-compression-unloading-tensile holding test of the metal plate, measuring a stress change Δσ1 in a tensile process or compression process immediately before holding the metal plate and a stress change Δσ2 due to stress relaxation in a holding process of the metal plate, and setting a ratio Δσ2/Δσ1 of Δσ1 to Δσ2 as the predetermined value a.
前記応力緩和後の残留応力設定ステップにおいて、前記所定の値aを0.01以上0.04以下の範囲内で設定とすることを特徴とする請求項３記載のプレス成形品の形状変化予測方法。 The metal plate is a steel plate,
4. The method for predicting shape change of a press-formed product according to claim 3, wherein in the step of setting the residual stress after stress relaxation, the predetermined value a is set within a range of 0.01 to 0.04.
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量をスプリングバックした直後の前記プレス成形品における前記全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
該応力緩和後の残留応力を設定した前記プレス成形品について、力のモーメントが釣り合う形状を求める力学的計算を行う応力緩和後の形状解析部と、を備えることを特徴とするプレス成形品の形状変化予測装置。 A shape change prediction device for a press-formed product that predicts a shape change due to stress relaxation over time of a press-formed product after springback at the moment of release from a die,
a forming bottom dead point stress and strain acquisition unit that performs mechanical calculations of a process of press-forming a metal plate into the press-formed product using the die and acquires stress and strain of the press-formed product at the forming bottom dead point;
A residual stress and strain acquisition unit immediately after springback that performs a mechanical calculation of a process of releasing the press-formed product from the die and springing back, and acquires the residual stress and strain of the press-formed product immediately after springback;
A residual stress setting unit after stress relaxation acquires a stress relaxation amount reflecting a stress-strain change history before and after springback for all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, adds the acquired stress relaxation amount to the residual stress value of all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, and sets the residual stress after stress relaxation;
and a post-stress relaxation shape analysis unit that performs mechanical calculations to determine a shape in which the force moment is balanced for the press-molded product in which the residual stress after stress relaxation has been set.
コンピュータを、
前記金型を用いて金属板を前記プレス成形品にプレス成形する過程の力学的計算を行い、成形下死点における前記プレス成形品の応力及びひずみを取得する成形下死点の応力及びひずみ取得部と、
前記プレス成形品を前記金型から離型してスプリングバックする過程の力学的計算を行い、スプリングバック直後における前記プレス成形品の残留応力及びひずみを取得するスプリングバック直後の残留応力及びひずみ取得部と、
スプリングバック直後の前記プレス成形品における全て又は一部の部位に対し、スプリングバック前後の応力－ひずみ変更履歴を反映した応力緩和量を取得し、該取得した応力緩和量をスプリングバックした直後の前記プレス成形品における全て又は一部の各部位の残留応力の値に加算し、応力緩和後の残留応力を設定する応力緩和後の残留応力設定部と、
前記応力緩和後の残留応力を設定した前記プレス成形品について力のモーメントが釣り合う形状を力学的計算により求める応力緩和後の形状解析部と、して実行させる機能を備えることを特徴とするプレス成形品の形状変化予測プログラム。 A shape change prediction program for a press-molded product that predicts a shape change due to stress relaxation over time of a press-molded product after springback at the moment of release from a die,
Computer,
a forming bottom dead point stress and strain acquisition unit that performs mechanical calculations of a process of press-forming a metal plate into the press-formed product using the die and acquires stress and strain of the press-formed product at the forming bottom dead point;
A residual stress and strain acquisition unit immediately after springback that performs a mechanical calculation of a process of releasing the press-formed product from the die and springing back, and acquires the residual stress and strain of the press-formed product immediately after springback;
A residual stress setting unit after stress relaxation acquires a stress relaxation amount reflecting a stress-strain change history before and after springback for all or a part of the parts in the press-formed product immediately after springback, adds the acquired stress relaxation amount to the residual stress value of all or a part of each part in the press-formed product immediately after springback, and sets the residual stress after stress relaxation;
A shape change prediction program for a press-molded product, characterized in that it has a function of executing a shape analysis unit after stress relaxation that determines, by mechanical calculation, a shape in which the force moment is balanced for the press-molded product in which the residual stress after the stress relaxation has been set.
前記プレス成形品の仮のプレス成形条件を設定する仮プレス成形条件設定ステップと、
該仮のプレス成形条件に基づいて、請求項１乃至５のいずれかに記載のプレス成形品の形状変化予測方法により、金型から離型した瞬間にスプリングバックした後のプレス成形品について、時間経過に伴う応力緩和により変化した応力緩和後の形状を求める応力緩和後形状取得ステップと、
該取得した応力緩和後のプレス成形品の形状が、予め設定した所定の範囲内であるかどうかを判定する形状判定ステップと、
該形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内ではないと判定された場合、前記仮のプレス成形条件を変更する仮プレス成形条件変更ステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定されるまで、前記仮プレス成形条件変更ステップと、前記応力緩和後形状取得ステップと、前記形状判定ステップと、を繰り返し実行する繰り返しステップと、
前記形状判定ステップにおいて前記応力緩和後のプレス成形品の形状が予め設定した前記所定の範囲内であると判定された場合、その場合の前記仮のプレス成形条件を前記プレス成形品のプレス成形条件として決定するプレス成形条件決定ステップと、
該決定したプレス成形条件で前記金属板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形ステップと、を含むことを特徴とするプレス成形品の製造方法。 A method for manufacturing a press-molded product in such a way that the shape of the press-molded product that changes due to stress relaxation over time after springback at the moment of release from a die is within a predetermined range,
A temporary press molding condition setting step of setting temporary press molding conditions for the press-molded product;
A post-stress-relaxed shape acquisition step of determining a post-stress-relaxed shape that has changed due to stress relaxation over time for a press-molded product after springback at the moment of release from a die by the method for predicting shape change of a press-molded product according to any one of claims 1 to 5 based on the provisional press molding conditions;
a shape determination step of determining whether or not the shape of the press-molded product after the stress relaxation is within a predetermined range;
a temporary press molding condition changing step of changing the temporary press molding conditions when it is determined in the shape determination step that the shape of the press-molded product after the stress relaxation is not within the predetermined range set in advance;
a repeating step of repeatedly executing the temporary press-molding condition changing step, the post-stress-relaxation shape acquiring step, and the shape determining step until it is determined in the shape determining step that the shape of the press-molded product after the stress relaxation is within the predetermined range that is set in advance;
a press molding condition determination step of determining, when it is determined in the shape determination step that the shape of the press-molded product after the stress relaxation is within the predetermined range, the provisional press molding conditions in that case as the press molding conditions of the press-molded product;
and a press molding step of press-molding the metal plate into the press-molded product under the determined press molding conditions.
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